一种提高氧化物电解质导电性能的改性方法与流程

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种提高固体电解质材料锂离子电导率的方法。

背景技术：

近年来锂离子电池快速发展，锂离子电池由于其高的比能量密度受到广泛的关注，并且已经广泛运用于便携式移动设备、电动汽车、储能电站等多种领域。然而由于目前应用的锂离子电池中主要采用的是有机电解液或凝胶聚合物电解液，导致其存在电解液电化学稳定性差，易燃，易爆等安全性问题，引起了人们对锂电池的安全性能方面的极大关注。目前，诸多研究者主要采用在电解液中通过加入添加剂等方式对有机电解液进行改进，以解决液态锂离子电池的安全性问题，虽然有了一些成效，但是并没有从根本上解决动力电池的安全性问题。这些问题的存在限制了锂离子电池的使用，也成为了限制动力电池应用的巨大障碍。

为了解决电解液易燃易爆的问题，研究者们使用固态电解质作为锂离子导体。固态电解质具有锂离子电导率较高、电化学窗口宽、机械强度高等优点。目前固态电解质研究的比较多的包括钙钛矿型、nasicon型、lisicon型和石榴石型。其中石榴石型是研究最广泛的一种氧化物电解质。

li7la3zr2o12(llzo)是一种石榴石型固态氧化物电解质，其具有机械性能良好，电导率较高的优点，因此成为备受关注的固体电解质之一，但是其总离子电导率较低限制了其使用。致密度与电导率存在线性关系，但是要想获得高致密度的llzo需要长时间的高温或者热压烧结。另一方面，锂离子在晶界处的传输慢于体相传输，因此晶界对于电解质电化学性能有影响，尤其是晶界阻抗影响锂离子传输速度。目前改善llzo的主要途径是元素掺杂、改善合成工艺以及制备有机无机复合电解质。元素掺杂可以调节锂离子扩散路径从而达到提高锂离子电导率的效果，合适的烧结助剂可以降低烧结温度，从而缩短烧结时间，增加致密度来提高锂离子电导率。然而，对于氧化物固体电解质材料，其总离子电导率依然较低，没有达到实际应用的要求。

技术实现要素：

本发明公开一种提高固体氧化物电解质锂离子电导率的方法，金属铝可以降低陶瓷烧结温度，本发明通过元素al掺杂以及减小粒料直径的方法进而提高电解质电导率。所述方法壳改善固体电解质材料的电化学性能，提高锂离子电导率，降低制备过程中对能能源的消耗。

为实现本发明的目的，提供下述技术方案。

一种al掺杂的锂镧锆氧固体电解质，所述电解质通过一下方法制备得到，所述方法步骤包括：

（1）将碳酸锂、氧化铝、氧化镧和氧化锆按照摩尔比3.58：0.15：1.5：1.9混合均匀，其中碳酸锂过量10%以补偿在高温烧结过程中锂损失，放入球磨罐中球磨；其中，球磨时间为17h，球磨转速500rpm,球磨结束后烘干，然后在850℃下预烧6h，得到前驱体。

（2）将得到的粉末再次进行球磨，条件与步骤（1）相同，球磨结束后进行烘干，得到的粉末进行研磨过筛。

（3）压成片后放入坩埚中，转移至马弗炉以5℃/min的升温速率加热至1150℃，保温12h，得到一种al掺杂的锂镧锆氧固体电解质。

优选的，步骤（1）和步骤（2）中所述球磨时间为17h，球磨转速为500rpm。

优选的，步骤（1）和步骤（2）中所述球磨罐为氧化锆球磨罐。用氧化锆球磨罐混合材料时不会引入其他杂质，对材料产生影响。

优选的，步骤（1）和步骤（2）中球磨时加入无水乙醇作为分散剂。用无水乙醇作为分散剂，熔点低，在干燥的时候易挥发，且不会与原材料反应。

优选的，步骤（1）和步骤（2）中所述球料比为8：1—10：1。合适的球料比可使材料分散均匀，进而保证烧结时能充分反应。

优选的，步骤（2）中过筛选择300目的筛网。合适的筛网可以保证粒料的直径大小，进而减小晶界电阻。

优选的，步骤（3）中将所述混合粉末作为母粉填埋于坩埚中，以5℃/min的升温速率加热至1150℃，保温12h。

本发明产生的有益效果：

本发明通过将元素铝掺杂得到的锂镧锆氧前驱体，不仅可以降低烧结温度到1150℃，而且提高锂离子电导率。在烧结之前的二次球磨工艺，可以将前驱体打碎颗粒，颗粒由类球状变成片层状，这种片层状的前驱体易于压致密，颗粒尺寸变小，活性大，促进烧结，工艺简单可控，环保无污染，可大量生产，能源消耗低。

附图说明

图1为本发明实施例1中li6.5al0.3la3zr1.9o12固体电解质的阻抗图；

图2为本发明对比例1中li6.5al0.3la3zr1.9o12固体电解质的阻抗图；

图3为本发明对比例2中li6.5al0.3la3zr1.9o12固体电解质的阻抗图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1：

（1）将2.642g碳酸锂、0.153g氧化铝、4.888g氧化镧和2.341g氧化锆混合均匀，放入氧化锆球磨罐中并加入无水乙醇球磨17h，转速500rpm，然后将球磨后的溶液在75℃下烘干后，在空气中850℃下预烧6h，得到前驱体；

（2）将得到的粉末再次进行球磨，条件与步骤（1）相同，球磨结束后进行烘干，得到的粉末进行研磨过筛，筛网选择300目；

（3）过筛之后的粉末压成片后放入坩埚中，用母粉包埋转移至马弗炉中，以5℃/min的升温速率加热至1150℃，保温12h，得到al掺杂的锂镧锆氧固体电解质；

（4）步骤（3）中得到的电解质经过打磨处理，以除去表面杂质得到光滑表面。以金作为阻塞电极，测试li6.5al0.3la3zr1.9o12固体电解质片的室温交流阻抗，测试频率为1mhz—0.1hz。通过计算得到处理后样品的离子电导率为1.8×10^-4s/cm(如图1)。

对比例1：

（1）将2.642g碳酸锂、0.153g氧化铝、4.888g氧化镧和2.341g氧化锆混合均匀，放入氧化锆球磨罐中并加入无水乙醇球磨17h，转速500rpm，然后将球磨后的溶液在75℃下烘干后，在空气中850℃下预烧6h，得到前驱体；

（2）将得到的粉末再次进行球磨，条件与步骤（1）相同，球磨结束后进行烘干，得到的粉末进行研磨过筛，筛网选择300目；

（3）过筛之后的粉末压成片后放入坩埚中，用母粉包埋转移至马弗炉中，以5℃/min的升温速率加热至1130℃，保温12h，得到al掺杂的锂镧锆氧固体电解质；

（4）步骤（3）中得到的电解质经过打磨处理，以除去表面杂质得到光滑表面。以金作为阻塞电极，测试li6.5al0.3la3zr1.9o12固体电解质片的室温交流阻抗，测试频率为1mhz—0.1hz。通过计算得到处理后样品的离子电导率为1.52×10^-5s/cm(如图2)。

对比例2：

（1）将2.642g碳酸锂、0.153g氧化铝、4.888g氧化镧和2.341g氧化锆混合均匀，放入氧化锆球磨罐中并加入无水乙醇球磨17h，转速500rpm，然后将球磨后的溶液在75℃下烘干后，在空气中850℃下预烧6h，得到前驱体；

（2）将得到的粉末再次进行球磨，条件与步骤（1）相同，球磨结束后进行烘干，得到的粉末进行研磨过筛，筛网选择300目；

（3）过筛之后的粉末压成片后放入坩埚中，用母粉包埋转移至马弗炉中，以5℃/min的升温速率加热至1100℃，保温12h，得到al掺杂的锂镧锆氧固体电解质；

（4）步骤（3）中得到的电解质经过打磨处理，以除去表面杂质得到光滑表面。以金作为阻塞电极，测试li6.5al0.3la3zr1.9o12固体电解质片的室温交流阻抗，测试频率为1mhz—0.1hz。通过计算得到处理后样品的离子电导率为8.02×10^-6s/cm(如图3)。