[发明专利]一种含铌玻璃固态电解质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含铌玻璃固态电解质，包括以下重量份组分：氧化锂10～22份、氧化镧8～12份、氧化锆或二氧化铪10～18份、氧化硼18～35份、二氧化硅20～35份、五氧化二铌0.5～10份和三氧化二锑0.01～3份。还提供了含铌玻璃固态电解质的制备方法。本发明利用硅硼酸盐玻璃的分相、大半径离子的支撑和不等价离子的协调作用，来改善锂离子电池氧化物玻璃态固体电解质室温离子电导率，提高氧化物玻璃电解质在室温时的电导率。

技术领域

本发明涉及固体电解质技术领域，具体涉及一种含铌玻璃固态电解质及其制备方法。

背景技术

锂电池的固体电解质按材料组成结构分为晶态固体电解质、玻璃态电解质两种，玻璃态固体电解质与化学成分相同的晶态固体电解质相比，不存在晶界影响，无气孔影响，离子迁移数接近1，可直接制成薄片、容易加工成型，能通过连续调整、控制材料的化学成分和热历史来研究材料的成分和结构与其电导机理之间的关系。

玻璃态固体电解质按氧化物种类分为：硫化物玻璃电解质、氧化物玻璃电解质。硫化物玻璃电解质相较于氧化物玻璃电解质的电导率更大(～10^-2S·cm^-1),但硫化物玻璃电解质的化学稳定性差，易吸水释放硫化氢气体。玻璃态氧化物锂固体电解质稳定性好，并且在它的网络结构里只有锂离子可以迁移，但是，当前氧化物玻璃电解质的离子电导率一般很小，室温电导率只有10^-7～10^-8S·cm^-1，这成为其在固态锂离子电池中商业化发展和应用的最大限制。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种含铌玻璃固态电解质及其制备方法，利用硅硼酸盐玻璃的分相、大半径离子的支撑和不等价离子的协调作用，来改善锂离子电池氧化物玻璃态固体电解质室温离子电导率，提高氧化物玻璃电解质在室温时的电导率。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种含铌玻璃固态电解质，包括以下重量份组分：氧化锂10～22份、氧化镧8～12份、氧化锆或二氧化铪10～18份、氧化硼18～35份、二氧化硅20～35份、五氧化二铌0.5～10份和三氧化二锑0.01～3份。

进一步，包括以下重量份组分：氧化锂11份、氧化镧10份、氧化锆或二氧化铪12份、氧化硼29份、二氧化硅33份、五氧化二铌5份和三氧化二锑1份。

进一步，氧化锆或二氧化铪可替换为氧化锆和二氧化铪混合物。

进一步，氧化锆和二氧化铪混合物中，氧化锆和二氧化铪以任意比例混合。

进一步，氧化镧可替换为氧化锶。

上述含铌玻璃固态电解质的制备方法，包括以下步骤：

(1)将碳酸锂、氧化镧或氧化锶、氧化锆和/或二氧化铪、硼酸、二氧化硅、五氧化二铌和三氧化二锑加入振动球磨机中，球磨0.1～3h，得微粉；

(2)将步骤(1)中球磨后的微粉升温至1100～1250℃，使其达到熔融状态，得到玻璃液，并保温0.5～3h；

(3)将模具预热到300～500℃，然后将步骤(2)所得保温后的玻璃液倒入预热后的模具中，压制成1～2mm厚的固态玻璃电解质；

(4)将步骤(3)所得玻璃电解质在400～600℃温度下保温0.5～3h，再自然冷却至室温，得含铌玻璃固态电解质。

进一步，步骤(1)中球磨罐和球磨介质材质为氧化锆。

进一步，步骤(2)中升温速率为4～6℃/min。

进一步，步骤(3)中玻璃液在5～30s内倒入预热模具中。

综上所述，本发明具有以下优点：