[发明专利]一种固态电解质材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种固态电解质材料，其特征在于，所述固态电解质材料化学式为：Lisubgt;7‑/subgt;subgt;3y/subgt;Alsubgt;y/subgt;Lasubgt;3/subgt;Zrsubgt;8‑5x/subgt;Nbsubgt;x/subgt;Osubgt;12/subgt;，其中，0.1≤x≤0.4，0.1≤y0.2。本发明提供的固态电解质材料及其制备方法，通过Al和Nb双掺杂，制备方法为固相烧结；调整化学配比，锂过量和镧少量；成功一步烧结得到纯立方相锂镧锆氧固态电解质，消除氧化镧杂相衍射峰。

技术领域

本发明涉及锂电池材料技术领域，特别是涉及一种固态电解质材料及其制备方法。

背景技术

目前，在市场上广泛使用的锂离子电池，大多数采用的是液态或凝胶态的电解质，两者的共同特点是使用了易燃易爆的有机物以及具有一定的流动性，这给锂离子电池的使用带来了严重的安全隐患。

使用固体电解质是解决上述安全隐患的最佳方案之一。在目前常见的固体电解质材料中，具有立方石榴石结构的锂镧锆氧(LLZO)是一种极具应用前景的材料，与其它固体电解质材料相比，LLZO具有良好的热稳定性与电化学稳定性，在电池的循环寿命与可靠性等方面更具有优势。现有制备锂镧锆氧的方法中，由于固相烧结法工艺流程简单且易于实现量化生产的可能。但锂镧锆氧对合成温度和合成条件较为苛刻，很难固相合成纯立方相结构的粉体；同时，目前固相合成步骤较多，需经长时间反复高温烧结或前期繁琐的前驱体预处理才可制备出锂镧锆氧粉体；耗费成本和烧结步骤繁杂，不能一步烧结制备得到纯立方相的锂镧锆氧粉体。另一方面，现有烧结制备中得到的锂镧锆氧粉体存在氧化镧的杂相衍射峰；杂相的存在会影响降低其离子电导率，影响其电化学性能。

发明内容

本发明为解决现有固相法制备锂镧锆氧步骤繁琐和不易制备得到纯相的锂镧锆氧粉体，提供一种铝元素和铌元素双掺杂固态电解质材料及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种固态电解质材料，所述固态电解质材料化学式为：Li_7-3yAl_yLa₃Zr_8-5xNb_xO₁₂，其中，0.1≤x≤0.4，0.1≤y0.2。

在一个可行的实现方式中，所述固态电解质材料结构呈立方相晶体结构。

相应地，本发明还提供了一种如上述任一项所述的固态电解质材料的制备方法，包括以下步骤：根据化学式Li_7-3yAl_yLa₃Zr_8-5xNb_xO₁₂中各元素计量比称取原材料，所述原材料包括：锂源材料、镧源材料、锆源材料、铝源材料和铌源材料；其中，所述镧源少量0.2％-1％，所述锂源过量5％-13％；将所述原材料混合处理以获取混合产物；对所述混合产物实施固相烧结手段以获取烧结产物；对所述烧结产物实施破碎解聚手段以获取目标产物；其中，所述目标产物的平均粒径大小为100nm-300nm。

在一个可行的实现方式中，所述混合处理基于干混法实现。

在一个可行的实现方式中，所述固相烧结包括一次烧结，烧结温度为1000℃-1200℃，烧结时间为5h-20h。

在一个可行的实现方式中，所述破碎解聚手段包括：对所述烧结产物进行初级破碎处理以获取第一破碎产物，其中，所述第一破碎产物粒径为10μm-50μm；对所述第一破碎产物进行二级破碎处理以获取第二破碎产物，其中，所述第二破碎产物粒径小于3μm；对所述第二破碎产物进行三级破碎处理以获取第三破碎产物，所述第三破碎产物的粒径小于300nm；对所述第三破碎产物进行干燥以获取候选目标产物，其中，干燥温度为100℃-200℃，干燥时间为15h-48h；对候选目标产物进行解聚处理以获取目标产物。