[发明专利]磷酸盐固体电解质及其固相合成方法、设备、固态电池

说明书

本申请揭示了一种磷酸盐固体电解质及其固相合成方法、设备、固态电池，其中合成方法包括：按照预设比例，将锂盐、铝盐、钛盐、磷酸化合物、碳源和溶剂进行混合，得到混合物；将所述混合物经过一次混料后于第一温度烘干，得到烘干粉末；将所述烘干粉末置于第一容器中，于第二温度下预烧第一时长，得到预烧粉末；将所述预烧粉末经过二次混料后置于第二容器中，于第三温度下煅烧第二时长，得到Li_1+xAl_xTi_2‑x(PO₄)₃固体电解质材料；其中，所述第三温度高于所述第二温度。本申请有效解决了烧结过程中的粘料问题，也确保了后续烧结步骤中能得到纯相的材料，无杂相生成。

技术领域

本申请涉及材料领域，具体涉及一种磷酸盐固体电解质及其固相合成方法、设备、固态电池。

背景技术

锂离子电池中存在着大量易挥发、易燃、易爆的有机溶剂，对电池带来严重的安全隐患。与液态电解液相比，无机固态电解质在安全性和热稳定性有着明显的优势，因此，使用无机固态电解质的全固态锂离子电池被认为是根本解决锂离子电池安全问题的手段，对于新能源汽车及储能电池的发展具有强大的促进作用。

在无机固态电解质中，NASICON型的磷酸盐固体电解质Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃具有较高的导电率、对空气稳定、电化学稳定性好及成本便宜等优点，因此在全固态锂电池的发展上有着巨大的应用前景。高温固相法是制备NASICON型锂离子电解质最常用的方法。它是将原材料按一定比例研磨混合后置于陶瓷容器中，在空气气氛中进行长时间高温煅烧成相。在高温固相法中，需要使用无机磷酸盐作为磷酸根的来源，最常用且价格最便宜的磷酸盐包括磷酸和磷酸铵盐。但是这些磷酸盐在温度升高的过程中会不可避免地会产生磷酸，磷酸在较高的温度下对陶瓷容器具有明显的腐蚀性，一方面造成合成的产品粘结在陶瓷容器中难以取出，造成陶瓷容器的损坏；另一方面磷元素的流失造成产品中元素比例不易控制，产品出现杂相，产品电导率较低。

发明内容

本申请的目的为提供一种磷酸盐固体电解质及其固相合成方法、设备、固态电池，旨在解决现有技术中的磷酸盐固体电解质的合成工艺的技术缺陷。

第一方面，本申请提出了一种磷酸盐固体电解质的固相合成方法，包括如下步骤：

按照预设比例，将锂盐、铝盐、钛盐、磷酸化合物、碳源和溶剂进行混合，得到混合物；

将所述混合物经过一次混料后于第一温度烘干，得到烘干粉末；

将所述烘干粉末置于第一容器中，于第二温度下预烧第一时长，得到预烧粉末；

将所述预烧粉末经过二次混料后置于第二容器中，于第三温度下煅烧第二时长，得到Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃固体电解质材料；其中，所述第三温度高于所述第二温度。

进一步地，所述碳源包括无机碳材料和/或有机碳材料。

进一步地，所述预设比例为所述锂盐、所述铝盐、所述钛盐和所述磷酸盐的质量之和与所述碳源的质量的比值范围为1:(0.001～0.12)。

进一步地，所述锂盐包括碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂、醋酸锂中的一种或多种；所述铝盐包括硝酸铝和/或氧化铝；所述钛盐为二氧化钛；所述磷酸化合物为磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸三铵的一种或多种；所述溶剂包括水和/或乙醇。

进一步地，所述第一容器和所述第二容器所用的材料相同，或所述第一容器和所述第二容器所用的材料不相同，或所述第一容器和所述第二容器所用的材料部分相同。