一种电热脉冲再生受损氧化物固态电解质的方法

本发明属于电池材料资源循环利用，涉及一种电热脉冲再生受损氧化物固态电解质的方法。

背景技术：

1、固态电解质根据电解质的种类，可分为氧化物、硫化物、聚合物三种类型，其中氧化物固态电解质由于具有较高的锂离子电导率(10-3-10-4s/cm)、较高的机械强度、较低的界面电阻和较好的化学稳定性，成为下一代电解质材料的有力候选者。然而，氧化物固态电解质易受锂枝晶生长引发的短路现象影响，导致结构破坏、性能退化，最终造成氧化物固态电解质失效，必须更换新的氧化物固态电解质，频繁更换氧化物固态电解质导致使用成本升高，不利于氧化物固态电解质的实际应用。同时，受损的氧化物固态电解质中往往含有一些稀土元素(如镧、铪)和稀有元素(如锆、钽、铌、钪等)，这些元素具有较高的回收价值，而在氧化物固态电解质再生过程中，还可以对这些元素进行回收，实现资源的回收再利用，因此，使受损的氧化物固态电解质进行再生，具有重要意义。

2、氧化物固态电解质再生后的质量直接影响其可循环利用的持续时间和循环利用的次数，氧化物固态电解质再生后质量越好，其可循环利用的次数和持续时间越长，则越有利于其进行实际应用。

3、因此，有必要提供一种电热脉冲再生受损氧化物固态电解质的方法，提升受损氧化物固态电解质再生质量，从而对氧化物固态电解质进行更加充分的利用。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中的问题，本发明通过采用焦耳热基底通电产生焦耳热对受损氧化物固态电解质进行烧结修复，极大缩短受损氧化物固态电解质再生所需时间，提高再生效率的同时，快速去除杂质，显著减少锂离子挥发量，从而有效弱化氧化物固态电解质再生过程造成的质量下降程度，得到质量较高的再生氧化物固态电解质。

2、为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现：

3、所述方法具体为：将受损氧化物固态电解质置于焦耳热基底之间，给焦耳热基底通电，焦耳热基底产生焦耳热对受损氧化物固态电解质进行分段烧结，烧结完成后，得到再生氧化物固态电解质。

4、作为优选，所述分段烧结为两段，第一段烧结升温速率为10-105℃/s，烧结温度为300-800℃，恒温时间为5-600s；第二段烧结升温速率为102-105℃/s，烧结温度为900-2000℃，恒温时间为1-300s。

5、作为优选，所述分段烧结在空气，氧气，氩气中的一种气氛环境中或真空环境中进行。

6、作为优选，所述烧结过程中，对受损氧化物固态电解质施加0-10t的压力。

7、作为优选，所述焦耳热基底为碳基底，钼基底，钨基底中的一种。

8、作为优选，所述碳基底包括碳布，碳毡，碳纤维中的一种；所述钼基底为钼片；所述钨基底为钨片。

9、作为优选，所述氧化物固态电解质为nasicon型氧化物固态电解质，石榴石型氧化物固态电解质，钙钛矿型氧化物固态电解质中的一种。

10、作为优选，所述nasicon型氧化物固态电解质的化学通式为li1+xalxz2-x(po4)3，其中，z为ti，ge，zr元素中的一种或多种，x为原子数，0≤x≤3；所述石榴石型氧化物固态电解质的化学通式为li7-xla3zr2-xaxo12，其中，a为ta，nb，sn，hf，sc，ge元素中的一种或多种，0≤x≤0.75；所述钙钛矿型氧化物固态电解质的化学通式为li3xla0.66-xtio3，其中，0<x≤0.16。

11、作为优选，所述受损氧化物固态电解质直径为5-50mm，厚度为0.5-10mm。

12、本发明的有益效果：

13、1.本发明通过采用焦耳热基底通电产生焦耳热对受损氧化物固态电解质进行烧结修复，整个修复再生过程的时间可以控制在10min以内，对受损氧化物固态电解质的修复再生效率极高。

14、2.锂离子是氧化物固态电解质中的必要成分，氧化物固态电解质中，锂离子含量直接影响其使用性能，而受损氧化物固态电解质在修复再生过程中，需要被加热至较高温度，锂离子受热会产生挥发，受热时间越长，锂离子挥发量越多，再生后的氧化物固态电解质质量下降越多，本发明可以在极短时间内完成整个修复再生过程，可以有效降低锂离子挥发量，从而提升再生后的氧化物固态电解质质量。

15、3.本发明通过第一段烧结，去除受损氧化物电解质表面的有机物等易挥发杂质，第二段烧结促进受损氧化物固态电解质致密化，最终获得晶粒尺寸均匀，结构完整，电导率以及机械强度均较高的氧化物固态电解质，使其在实际应用中，具有较高稳定性和循环性能。

16、4.通过本发明方法修复再生的氧化物固态电解质具有较高质量，可以有效延长其使用持续时间，同时可以增加氧化物固态电解质的修复再生次数，从而提高氧化物固态电解质利用率，降低氧化物固态电解质应用成本。

17、5.本发明方法简单，便于操作，过程易于控制，整体修复再生成本较低，适宜工业化推广应用。

技术特征：

1.一种电热脉冲再生受损氧化物固态电解质的方法，其特征在于：所述方法具体为：将受损氧化物固态电解质置于焦耳热基底之间，给焦耳热基底通电，焦耳热基底产生焦耳热对受损氧化物固态电解质进行分段烧结，烧结完成后，得到再生氧化物固态电解质。

2.根据权利要求1所述的一种电热脉冲再生受损氧化物固态电解质的方法，其特征在于：所述分段烧结为两段，第一段烧结升温速率为10-105℃/s，烧结温度为300-800℃，恒温时间为5-600s；第二段烧结升温速率为102-105℃/s，烧结温度为900-2000℃，恒温时间为1-300s。

3.根据权利要求1所述的一种电热脉冲再生受损氧化物固态电解质的方法，其特征在于：所述分段烧结在空气，氧气，氩气中的一种气氛环境中或真空环境中进行。

4.根据权利要求1所述的一种电热脉冲再生受损氧化物固态电解质的方法，其特征在于：所述烧结过程中，对受损氧化物固态电解质施加0-10t的压力。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种电热脉冲再生受损氧化物固态电解质的方法，其特征在于：所述焦耳热基底为碳基底，钼基底，钨基底中的一种。

6.根据权利要求5所述的一种电热脉冲再生受损氧化物固态电解质的方法，其特征在于：所述碳基底包括碳布，碳毡，碳纤维中的一种；所述钼基底为钼片；所述钨基底为钨片。

7.根据权利要求1-4任一项所述的一种电热脉冲再生受损氧化物固态电解质的方法，其特征在于：所述氧化物固态电解质为nasicon型氧化物固态电解质，石榴石型氧化物固态电解质，钙钛矿型氧化物固态电解质中的一种。

8.根据权利要求7所述的一种电热脉冲再生受损氧化物固态电解质的方法，其特征在于：所述nasicon型氧化物固态电解质的化学通式为li1+xalxz2-x(po4)3，其中，z为ti，ge，zr元素中的一种或多种，x为原子数，0≤x≤3；所述石榴石型氧化物固态电解质的化学通式为li7-xla3zr2-xaxo12，其中，a为ta，nb，sn，hf，sc，ge元素中的一种或多种，0≤x≤0.75；所述钙钛矿型氧化物固态电解质的化学通式为li3xla0.66-xtio3，其中，0<x≤0.16。

9.根据权利要求1-4任一项所述的一种电热脉冲再生受损氧化物固态电解质的方法，其特征在于：所述受损氧化物固态电解质直径为5-50mm，厚度为0.5-10mm。

技术总结
本发明公开了一种电热脉冲再生受损氧化物固态电解质的方法，属于电池材料资源循环利用技术领域。本发明包括将受损氧化物固态电解质置于焦耳热基底之间，通过给焦耳热基底通电产生的焦耳热进行受损氧化物固态电解质分段烧结。烧结完成后，得到再生氧化物固态电解质。本发明通过电热脉冲分段烧结再生受损氧化物固态电解质，可实现快速(<10min)再生，显著提高受损氧化物固态电解质修复再生效率，并且不会降低再生固态电解质的电化学性能。

技术研发人员：李绍元,王燕凤,魏奎先,马文会,陆继军,席风硕,童仲秋,于洁
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2025/3/24