一种低成本制备锂镧锆氧固态电解质的方法与流程

本发明涉及电池材料，特别涉及一种低成本制备锂镧锆氧固态电解质的方法。

背景技术：

1、当前社会能源的发展，锂离子电池在储能系统中发挥着越来越重要的作用，相对于当前得以大规模商业化应用的液态锂离子电池所使用的液态电解质，固态电解质因更好的化学稳定性与安全性，成为了近几年研究的热点；其中锂镧锆氧无机固态电解质因具有高锂离子电导率、良好化学稳定性等优点，在锂电池材料研究与生产中受到广泛关注。

2、目前工业化制备锂镧锆氧固态电解质材料主要采用固相烧结法，其方法是将锂源、镧源、锆源等化合物一次性混合均匀后再使用不同工艺的烧结方法进行制备，且通常需要1200℃以上的高温才能制备出致密度较高的固态电解质粉体，在此过程中，由于锂原子分子量较小，锂源长时间的参与高温反应，增加了锂源的较大的挥发损耗，影响材料整体性能，同时增加了生产制造成本。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种低成本制备锂镧锆氧固态电解质的方法,通过将镧锆氧化合物与锂源材料混合后在较低的温度下烧结，获得锂镧锆氧固态电解质，该方法一方面由于直接采用镧锆氧化合物作为原料，其可以和锂源在较低的温度下反应，避免了高温长时间反应导致锂源的挥发损失，另一方面较低的烧结温度和较短的反应时间可以有效减少能源的消耗，因此可以降低生产成本，从而提高了批量生产锂镧锆氧固态电解质的效益；此外，镧锆氧化合物与锂源材料反应更加充分，避免较多的残锂量对材料电导率等性能产生影响，进而解决了传统方法制备的材料中存在较多残锂量影响电池循环性能的问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种低成本制备锂镧锆氧固态电解质的方法,所述方法包括；

3、按化学计量比称取镧锆氧化合物和锂源材料置于混合设备中，混合均匀后，得到混合物料；

4、将所述混合物料置于烧结设备中,以0.1℃/min-5℃/min的升温速率升温至600℃-1100℃，烧结时间为3小时-20小时，得到前驱体材料；

5、将所述前驱体材料进行分级粉碎，得到锂镧锆氧固态电解质；

6、所述锂镧锆氧固态电解质的化学通式为:lixla3zr2-ymyo12,其中，4≤x≤7，0≤y≤0.6；m为锆位的掺杂元素，包括：ta、nb、ge、mo、w、hf、sn、mn元素中的一种或多种。

7、优选的，所述锂镧锆氧固态电解质的粒径dv50为600nm-40μm。

8、优选的，所述镧锆氧化合物的化学通式为：la3zr2-mamon，其中0≤m≤0.6,6≤n≤9.6；a为锆位的掺杂元素，包括：ta、nb、ge、mo、w、hf、sn、mn元素中的一种或多种；

9、所述镧锆氧化合物的粒径dv50为500nm-30μm。

10、优选的，所述锂源材料包括：碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂、醋酸锂中的一种或多种；

11、所述锂源材料的粒径dv50为500nm-30μm；

12、所述锂源材料的用量为所需化学计量的100％-105％。

13、优选的，所述混合设备包括：双运动混合机、三维混合机、v型混合机、单锥双螺旋混合机、槽式螺带混合机或卧式无重力混合机中的任一种；

14、所述烧结设备包括：箱式炉、管式炉、推板炉、辊道窖或回转炉中的任一种。

15、优选的，所述分级粉碎包括初级破碎和细粉粉碎；

16、所述初级粉碎的设备包括：颚式破碎机、圆锥破碎机、反击式破碎机、锤式破碎机或辊式破碎机中的任一种；

17、所述细粉粉碎的设备包括：扁平式气流粉碎机、流化床式气流粉碎机、循环式气流粉碎机、撞击式破碎机、膨胀式破碎机、球磨粉碎机、高速旋转抛射式粉碎机或高速旋转撞击式粉碎机中的任一种。

18、第二方面，本发明实施例提供了一种上述第一方面所述的方法制备得到的锂镧锆氧固态电解质；

19、所述锂镧锆氧固态电解质的化学通式为:lixla3zr2-ymyo12,其中，4≤x≤7，0≤y≤0.6；m为锆位的掺杂元素，包括：ta、nb、ge、mo、w、hf、sn、mn元素中的一种或多种。

20、优选的，所述锂镧锆氧固态电解质的粒径dv50为600nm-40μm。

21、第三方面，本发明实施例提供了一种锂电池，所述锂电池包括上述第二方面所述的锂镧锆氧固态电解质。

22、本发明实施例提供了一种低成本制备锂镧锆氧固态电解质的方法,通过将镧锆氧化合物与锂源材料混合后在较低的温度下烧结，获得锂镧锆氧固态电解质；该方法一方面由于直接采用镧锆氧化合物作为原料，其可以和锂源在较低的温度下反应，避免了高温长时间反应导致锂源的挥发损失，另一方面较低的烧结温度和较短的反应时间可以有效减少能源的消耗，因此可以降低生产成本，从而提高了批量生产锂镧锆氧固态电解质的效益；此外，镧锆氧化合物与锂源材料反应更加充分，避免较多的残锂量对材料电导率等性能产生影响，进而解决了传统方法制备的材料中存在较多残锂量影响电池循环性能的问题。

技术特征：

1.一种低成本制备锂镧锆氧固态电解质的方法,其特征在于，所述方法包括；

2.根据权利要求1所述的低成本制备锂镧锆氧固态电解质的方法，其特征在于，所述锂镧锆氧固态电解质的粒径dv50为600nm-40μm。

3.根据权利要求1所述的低成本制备锂镧锆氧固态电解质的方法，其特征在于，所述镧锆氧化合物的化学通式为：la3zr2-mamon，其中0≤m≤0.6,6≤n≤9.6；a为锆位的掺杂元素，包括：ta、nb、ge、mo、w、hf、sn、mn元素中的一种或多种；

4.根据权利要求1所述的低成本制备锂镧锆氧固态电解质的方法，其特征在于，所述锂源材料包括：碳酸锂、氢氧化锂、草酸锂、醋酸锂中的一种或多种；

5.根据权利要求1所述的低成本制备锂镧锆氧固态电解质的方法，其特征在于，所述混合设备包括：双运动混合机、三维混合机、v型混合机、单锥双螺旋混合机、槽式螺带混合机或卧式无重力混合机中的任一种；

6.根据权利要求1所述的低成本制备锂镧锆氧固态电解质的方法，其特征在于，所述分级粉碎包括初级破碎和细粉粉碎；

7.一种上述权利要求1-6任一所述的方法制备得到的锂镧锆氧固态电解质，其特征在于，所述锂镧锆氧固态电解质的化学通式为:lixla3zr2-ymyo12,其中，4≤x≤7，0≤y≤0.6；m为锆位的掺杂元素，包括：ta、nb、ge、mo、w、hf、sn、mn元素中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的锂镧锆氧固态电解质，其特征在于，所述锂镧锆氧固态电解质的粒径dv50为600nm-40μm。

9.一种锂电池，其特征在于，所述锂电池包括上述权利要求7所述的锂镧锆氧固态电解质。

技术总结本发明公开了一种低成本制备锂镧锆氧固态电解质的方法,包括；按化学计量比称取镧锆氧化合物和锂源材料置于混合设备中，混合均匀后，得到混合物料；将混合物料置于烧结设备中,以0.1℃/min‑5℃/min的升温速率升温至600℃‑1100℃，烧结时间为3小时‑20小时，得到前驱体材料；将前驱体材料进行分级粉碎，得到锂镧锆氧固态电解质；锂镧锆氧固态电解质的化学通式为:Li<subgt;x</subgt;La<subgt;3</subgt;Zr<subgt;2‑y</subgt;M<subgt;y</subgt;O<subgt;12</subgt;,其中，4≤x≤7，0≤y≤0.6；M为锆位的掺杂元素，包括：Ta、Nb、Ge、Mo、W、Hf、Sn、Mn元素中的一种或多种；该方法采用镧锆氧化合物作为原料，其可以和锂源在较低的温度下反应，可以有效减少锂源的挥发损失。技术研发人员：石永明,王胜强,陆浩,刘柏男,史晶,陶翔,罗飞受保护的技术使用者：溧阳天目先导电池材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29