[发明专利]一种双层氧化物固态电解质的制备方法及其应用

权利要求书

1.一种双层氧化物固态电解质的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

（1）制备致密的石榴石型（Garnet）LLZO陶瓷电解质层；

（2）制备多孔的LATP固体电解质，其材料包括NASICON结构固体电解质和钙钛矿结构固体电解质中的一种或几种，NASICON结构固体电解质化学式为Li_1+xM_xTi_2-x(PO₄)₃ (M=Al,Sc, Y, La)、Li_1+xM_xGe_2-x(PO₄)₃ (M=Al, Sc, Y, La)，钙钛矿结构的化学式为Li_3xLa_{(2/3)-x (1/3)-2x}TiO₃ (0 < x < 0.16)；

（3）将所述LATP固体电解质纳米粉体、模板微球和粘结剂在有机溶剂中调配成粘度合适的浆料，并均匀涂覆在所述LLZO陶瓷电解质层表面，经高温煅烧即可在所述LLZO陶瓷电解质层表面构建多孔LATP离子导电骨架，形成双层LLZO/LATP多功能氧化物固体电解质；

（4）在所述双层LLZO/LATP多功能氧化物固体电解质的所述多孔LATP离子导电骨架上负载纳米催化剂，得到具有离子/电子导电网络的空气正极材料。

2.根据权利要求1所述的双层氧化物固态电解质的制备方法，其特征在于，

所述步骤（1）包括：

采用真空热压法制备所述LLZO陶瓷电解质层，将锂镧锆氧粉体置于石墨模具中用压片机压实；然后置于真空热压炉，在真空气氛下于1140℃保温0.5-6小时，升温速率为1-10℃/min；待烧结完成后将其切削打磨成所述LLZO陶瓷电解质层。

3.根据权利要求1所述的双层氧化物固态电解质的制备方法，其特征在于，

所述石榴石型LLZO陶瓷电解质层的化学式为Li_5+xLa₃Zr_xM_2-xO₁₂，其中M为Ta、Nb、Hf、Al、Si、Ga、Ge、Sc、Ti、V、Y和Sn中的一种，x=0-0.6；

所述LLZO陶瓷电解质层的离子电导率为1.6×10^-3S/cm，相对密度大于99.6%。

4.根据权利要求1所述的双层氧化物固态电解质的制备方法，其特征在于，

所述步骤（2）包括：

采用溶胶凝胶法制备NASICON结构固体电解质和钙钛矿结构固体电解质，按照各固体电解质的化学计量比将反应物前驱体混合，加入溶剂溶解，加入螯合剂形成溶胶凝胶，将溶剂加热蒸干得到混合粉体；将混合粉体研磨，先在250-600℃下烧结2-48小时，再次研磨后，再在500-1000℃下烧结2-48小时，即可得到NASICON结构固体电解质粉体和钙钛矿结构固体电解质粉体。

5.根据权利要求4所述的双层氧化物固态电解质的制备方法，其特征在于，

所述溶剂为乙醇或水溶液，所述螯合剂为柠檬酸或酒石酸，制备得到的固体电解质为纳米粉体，D50 < 100 nm。