【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及用于直接轉(zhuǎn)變化學(xué)能為電能的方法或裝置，尤其涉及一種鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、鋰離子電池由于其高能量密度、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，成為一種廣受關(guān)注的二次電池。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，鋰離子電池已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，是新能源汽車及一些電子產(chǎn)品的主要供能元件。然而，傳統(tǒng)鋰離子電池所采用的有機(jī)電解液在高溫或過充情況下容易發(fā)生分解；且有機(jī)電解液燃點較低，容易導(dǎo)致電池起火或爆炸，存在極大的安全隱患。
2、相較于有機(jī)電解液，無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)具有更高的熱穩(wěn)定性、更寬的電化學(xué)窗口。使用無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)代替易燃的有機(jī)電解液，有利于提高電池的安全性。此外，無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)還可以匹配高壓正極和金屬鋰負(fù)極，提高電池的能量密度。無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)按照組成可以分為氧化物電解質(zhì)、硫化物電解質(zhì)和鹵化物電解質(zhì)，其中硫化物和鹵化物電解質(zhì)由于濕空氣穩(wěn)定性差、成本高昂，難以商業(yè)化應(yīng)用。氧化物電解質(zhì)中的li6.4la3zr1.4ta0.6o12(llzto)具有較高離子電導(dǎo)率及優(yōu)異電化學(xué)穩(wěn)定性，成為最具潛力的商業(yè)氧化物固態(tài)電解質(zhì)之一。但llzto易與空氣中的h2o和co2反應(yīng)生成lioh和li2co3的絕緣層，降低材料的離子電導(dǎo)率[adv.funct.mater.2022,33(3),2209120]；且生成的li2co3與金屬鋰的潤濕性較差，匹配金屬鋰負(fù)極時易形成較大界面電阻。
3、新型氧化物固態(tài)電解質(zhì)lita2po8(ltpo)具有極高的理論離子電導(dǎo)率(～35ms/cm)[j.phys.chem.c?2019,
4、多元素共摻雜不僅能夠繼承單元素?fù)诫s的優(yōu)點，各摻雜元素還可能形成協(xié)同效應(yīng)，進(jìn)一步提高材料性能。基于該策略，通過不同元素定向摻入ltpo固態(tài)電解質(zhì)的ta位和p位，協(xié)同調(diào)控晶格中鋰離子和空位濃度，有望顯著提高材料離子電導(dǎo)率。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料及其制備方法和應(yīng)用。
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采取的技術(shù)方案為：
3、第一方面，本專利技術(shù)提供了一種鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料，該鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料的化學(xué)通式為：lixta2-m-nambnp1-qsiqo8；
4、其中，0<m≤0.6，0≤n<2，0<q≤0.4，且0.1<m+n≤2；
5、a為+3價元素，選自ga、in、sc、y、ho、er、tm、yb、lu中的至少一種；
6、b為不同于a的元素，選自ti、zr、hf、nb、mo、w、sn、sb中的至少一種；
7、所述b為+4價元素且選自ti、zr、hf、sn中的至少一種時，x＝1+2m+n+q；
8、所述b為+5價元素且選自nb、sb中的至少一種時，x＝1+2m+q；
9、所述b為+6價元素且選自mo、w中的至少一種時，x＝1+2m-n+q。
10、本專利技術(shù)通過采用si元素對lita2po8的p位進(jìn)行摻雜，同時選取特定的a元素和b元素對lita2po8的ta位進(jìn)行摻雜，并控制si/p比以及a和b元素的摻雜量，實現(xiàn)調(diào)控鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料中的鋰離子與空位濃度，降低鋰離子的遷移勢壘，進(jìn)而提高鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料的離子電導(dǎo)率。
11、此外，上述lixta2-m-nambnp1-qsiqo8中的x、m、n和q在數(shù)值上滿足電中性原則；b元素不同于a元素是指b元素的種類和/或化合價不同于a元素。
12、可選地，上述lixta2-m-nambnp1-qsiqo8中的x具體可以為1.2、1.4、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.6、2.8、3.0、3.2、3.4、3.6、3.8、4.0，優(yōu)選為1.4～1.9，更優(yōu)選為1.5～1.8；
13、m具體可以為0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6，優(yōu)選為0.05～0.3，更優(yōu)選為0.1～0.25；
14、n具體可以為0.01、0.1、0.3、0.5、0.7、0.9、1.1、1.3、1.5、1.7、1.9，優(yōu)選為0.05～0.8，更優(yōu)選為0.1～0.6；
15、q具體可以為0.01、0.03、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.4，優(yōu)選為0.05～0.3，更優(yōu)選為0.1～0.2。
16、作為本專利技術(shù)所述鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料的優(yōu)選實施方式，所述a為ga、y、yb中的至少一種，所述b為zr、nb、mo中的至少一種。
17、第二方面，本專利技術(shù)提供了上述鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法，其包括以下步驟：
18、s1、按lixta2-m-nambnp1-qsiqo8中各元素的化學(xué)計量比，將鋰源、鉭源、a源、b源、硅源和磷源混合，依次進(jìn)行一次球磨、預(yù)燒結(jié)，得固態(tài)電解質(zhì)前驅(qū)體；
19、s2、將s1中的固態(tài)電解質(zhì)前驅(qū)體進(jìn)行二次球磨，得顆粒細(xì)化后的固態(tài)電解質(zhì)前驅(qū)體；
20、s3、將s2中的顆粒細(xì)化后的固態(tài)電解質(zhì)前驅(qū)體依次進(jìn)行冷壓成片、高溫?zé)Y(jié)，得鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料。
21、可選地，上述鋰源選自含鋰氧化物、含鋰氫氧化物、含鋰碳酸鹽、含鋰醋酸鹽、含鋰有機(jī)鹽中的至少一種；鉭源選自含鉭氧化物、含鉭氫氧化物、含鉭碳酸鹽、含鉭醋酸鹽、含鉭有機(jī)鹽中的至少一種；a或b源選自含a或b的氧化物、含a或b的氫氧化物、含a或b的碳酸鹽、含a或b的醋酸鹽、含a或b的有機(jī)鹽中的至少一種。
22、作為本專利技術(shù)所述鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法的優(yōu)選實施方式，步驟s1中所述鋰源為碳酸鋰(li2co3)，所述鉭源為五氧化二鉭(ta2o5)，所述硅源為二氧化硅、有機(jī)硅中的至少一種，所述磷源為五氧化二磷、磷酸二氫銨、磷酸氫二氨、磷酸銨中的至少一種。
23、作為本專利技術(shù)所述鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法的優(yōu)選實施方式，步驟s1中所述預(yù)燒結(jié)的溫度為720～1000℃，時間為0.5～20h。
24、在上述條件下預(yù)燒結(jié)，可以更好地促使原料(li2co3、nh4h2po4)分解，防止其在后續(xù)步驟s本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料，其特征在于，所述鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料的化學(xué)通式為：LixTa2-m-nAmBnP1-qSiqO8；
2.如權(quán)利要求1所述的鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料，其特征在于，所述A為Ga、Y、Yb中的至少一種，所述B為Zr、Nb、Mo中的至少一種。
3.權(quán)利要求1～2任一項所述鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.如權(quán)利要求3所述鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，步驟S1中所述預(yù)燒結(jié)的溫度為720～1000℃，時間為0.5～20h。
5.如權(quán)利要求3所述的鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，步驟S3中所述高溫?zé)Y(jié)的溫度為900～1200℃，時間為0.1～20h。
6.如權(quán)利要求3所述的鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，步驟S1中所述一次球磨的轉(zhuǎn)速為200～800rpm，時間為0.5～24h；
7.權(quán)利要求1～2任一項所述鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料在二次電池中的應(yīng)用。
8.一種全固態(tài)鋰離子電池，包括正極、固態(tài)電解質(zhì)和負(fù)極，其
9.如權(quán)利要求8所述全固態(tài)鋰離子電池，其特征在于，所述負(fù)極為金屬鋰，所述固態(tài)電解質(zhì)與負(fù)極之間設(shè)有界面緩沖層；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料，其特征在于，所述鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料的化學(xué)通式為：lixta2-m-nambnp1-qsiqo8；
2.如權(quán)利要求1所述的鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料，其特征在于，所述a為ga、y、yb中的至少一種，所述b為zr、nb、mo中的至少一種。
3.權(quán)利要求1～2任一項所述鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.如權(quán)利要求3所述鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中所述預(yù)燒結(jié)的溫度為720～1000℃，時間為0.5～20h。
5.如權(quán)利要求3所述的鋰氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料的制備方法，其...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李立飛，周龍捷，章志珍，彭德招，馮超，文伸豪，劉浚龍，
申請(專利權(quán))人：藍(lán)固常州新能源有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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