[发明专利]一种易烧结石榴石型固态电解质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种易烧结石榴石型固态电解质及其制备方法。所述的石榴石型固态电解质的化学通式为Li_7‑yLa₃Zr_2‑yTa_y−xNb_xO₁₂，其中，0.35≤x≤0.5，0.4≤y≤0.65，且1.3x≥yx。所述石榴石型固态电解质具有易烧结的特性，在常压烧结条件下可以得到烧结致密的陶瓷材料（致密度不低于93%），在室温下具有优异的锂离子电导率（≥1 mS/cm）。所述易烧结石榴石电解质及其制备方法适用于大面积高离子导率石榴石电解质片的制备，应用于固态锂电池储能领域。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种易烧结石榴石型固态电解质及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种重要的化学储能电池，被广泛应用在电子设备，动力电池和大规模储能领域。常规的有机电解液的电化学窗口较窄、易燃、易泄露等因素，制约了高安全、高能量密度锂电池的进一步发展。锂金属具有高比能量、低电化学电位等优点，是高性能锂电池的理想负极材料，近年来获得重视和发展。固态电解质因其优异的机械性能，有望取代传统液态电解液，提高工作电压，抑制锂电池充放电过程中锂枝晶生长，防止锂电池短路及起火燃烧等安全问题。

石榴石型氧化物固态电解质具有优异的室温离子电导率、宽的电化学窗口及较高的机械强度和不可燃性的优点，是一种非常有应用潜力的氧化物固态电解质，近年来得到了广泛关注。为得到接近于本征离子导率的性能，通常固态电解质的致密度不低于93％。

然而，现有技术中的石榴石型固态电解质难以在常压烧结条件下实现致密化。采用常压烧结工艺制备的石榴石型电解质陶瓷片的致密度通常在90％以下，材料中气孔率较高，显著降低其室温锂离子导率。为实现石榴石陶瓷材料致密化烧结，通常需要采用热压烧结、放电等离子体烧结等高温压力烧结技术，但这些技术对设备要求高、成本高、不利于规模化生产和应用，限制了大尺寸电解质陶瓷片及其薄膜材料的规模化制备和应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种易烧结石榴石型固态电解质及其制备方法。该制备方法简单，设备成本低，能耗低且绿色环保，所得石榴石型固态电解质致密度高，离子电导率高，适合用于固态锂电池电化学储能领域。

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种易烧结石榴石型固态电解质，所述易烧结石榴石型固态电解质的化学通式为Li_7-yLa₃Zr_2-yTa_y-xNb_xO₁₂，其中0.35≤x≤0.5，0.4≤y≤0.65，yx。

作为改进方案，所述x和y的优化取值符合关系式1.3x≥y。

上述石榴石型固态电解质的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，以含锂化合物、氧化镧(La₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)、五氧化二钽(Ta₂O₅)、五氧化二铌(Nb₂O₅)为原料，按照通式Li_7-yLa₃Zr_2-yTa_y-xNb_xO₁₂的化学计量比称取原料，其中0.35≤x≤0.5，0.4≤y≤0.65，yx，放入玛瑙球磨罐中并加入磨球和工业酒精，放置于行星式球磨机内进行湿法球磨3-10小时，使其充分混合均匀；

步骤2，将步骤1得到的混合物放入鼓风干燥箱内，在75℃下保温12-36小时烘干，随后转移至氧化镁坩埚内，在空气气氛下进行煅烧，煅烧温度为850-950℃，煅烧时间为2-12小时，待降温冷却后研磨、过筛得到立方相石榴石粉体；