一种复合氧化物固态电解质制备方法及准固态电池与流程

本发明涉及固态电池，具体为一种复合氧化物固态电解质制备方法及准固态电池。

背景技术：

1、固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池，固态电池的负极材料可以是纳米硅和石墨的复合负极，正极可以是锰酸锂、富锂锰基材料或不含锂的正极材料，电解质是固体电解质，固态电池使用固体电解质替代了传统锂离子电池的电解液和隔膜，更安全、能量密度更高、循环性能更强，成为下一代动力电池的主要研发方向，固体电解质可大致分为三类：无机电解质、固态聚合物电解质、复合电解质，由于固态电池的功率重量比较高，所以它是电动汽车很理想的电池，电解质是溶于水溶液中或在熔融状态下就能够导电的化合物，根据其电离程度可分为强电解质和弱电解质，几乎全部电离的是强电解质，只有少部分电离的是弱电解质，电解质都是以离子键或极性共价键结合的物质，化合物在溶解于水中或受热状态下能够解离成自由移动的离子，离子化合物在水溶液中或熔化状态下能导电。

2、随着能源需求的日益增长，锂离子电池等储能设备在电动汽车、便携式电子设备及储能电站等领域的应用日益广泛，然而，传统锂离子电池使用的有机电解液存在泄漏、易燃及化学稳定性差等问题，严重制约了其安全性和使用寿命，固态电解质因其优异的热稳定性、不可燃性和高能量密度，成为解决上述问题的重要方向，目前，固态电解质主要分为无机固体电解质、聚合物固体电解质和复合固体电解质，其中，复合氧化物固态电解质因其良好的离子电导率和机械性能，成为研究的热点，然而，现有复合氧化物固态电解质在制备过程中往往存在工艺复杂、成本高及离子电导率不足等问题，限制了其商业化应用。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种复合氧化物固态电解质制备方法及准固态电池，解决了上述背景技术中所提到的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种复合氧化物固态电解质制备方法，具体包括以下步骤：

3、s1、复合氧化物固态电解质的原料准备：ce0·8y0·2o1·9粉体、bi0·75y0·25o1·5粉体、掺杂材料、活性填料、锂盐和粘结剂；

4、s2、复合氧化物固态电解质原料的制备：

5、(1)、ce0·8y0·2o1·9粉体的制备：将硝酸铈和硝酸钇按ce与y的摩尔比为4:1混合，加入柠檬酸和乙二醇，经搅拌、加热形成溶胶，再干燥、煅烧得到ce0·8y0·2o1·9粉体；

6、(2)、bi0·75y0·25o1·5粉体的制备：将硝酸铋和硝酸钇按bi与y的摩尔比为3:1混合，加入氨水和聚乙二醇2000，经搅拌、沉淀、洗涤、干燥、煅烧得到bi0·75y0·25o1·5粉体；

7、s3、原料的混合：将ce0·8y0·2o1·9粉体与bi0·75y0·25o1·5粉体按设计比例进行球磨，然后加入掺杂材料、活性填料、锂盐和粘结剂，继续进行球磨，混合球磨混合的转速为20～350rpm，时间为0.5～12h；

8、s4、复合氧化物固态电解质的制备：将所述氧化物电解质粉末于1300～1350℃保温，然后冷却，得到复合氧化物固态电解质，将混合均匀的粉末状复合电解质通过压片、涂布或粉末喷涂等方式进行成型，得到成型的复合氧化物固态电解质，压片时采用的压力为20～500mpa，在适当温度下对成型的电解质进行热处理，以进一步提高其结晶度和电导率。

9、优选的，所述复合氧化物固态电解质的化学式为ce0·8y0·2o1·9-xbi0·25o1·5，其中x取值为5wt％-15wt％，且该电解质在室温下的离子电导率不低于1×10^-4s/cm，抗弯强度大于150mpa。

10、优选的，所述掺杂材料包括ga、mg、al、ti、ta、nb、sc、y中的一种或多种对锂镧锆氧、磷酸钛铝锂或锂镧钛氧进行掺杂形成的产物。

11、优选的，所述活性填料为石榴石型氧化物锂镧锆氧，所述活性填料的结构为li7la3zr2o12。

12、优选的，所述锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂中的一种或多种，所述粘结剂为聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚偏二氯乙烯中的一种或多种。

13、优选的，所述s4中，保温的具体过程为：于混合气氛中，以5～10℃/min的升温速率升温至1300～1350℃，并保温2～6h，所述混合气氛为氩气和氧气的混合气氛，氩气和氧气按体积比为1:1的混合气氛，所述冷却的过程为：于液态惰性气体中冷却至室温。

14、本发明还公开了一种准固态电池，所述准固态电池包括正极、负极及位于两者之间的电解质层，该电解质层由上述复合氧化物固态电解质构成，且电池在充放电循环测试中能稳定循环500次以上，容量保持率不低于80％。

15、有益效果

16、本发明提供了一种复合氧化物固态电解质制备方法及准固态电池。与现有技术相比具备以下有益效果：该复合氧化物固态电解质制备方法，具体包括以下步骤：s1、复合氧化物固态电解质的原料准备；s2、复合氧化物固态电解质原料的制备；s3、原料的混合；s4、复合氧化物固态电解质的制备；通过优化ceo2与bi2o3的比例及制备工艺，使得复合氧化物固态电解质的室温离子电导率达到或超过1×10^-4s/cm，显著提升了电池的能量密度和循环寿命，复合氧化物固态电解质不仅具有优异的离子电导性，还表现出较高的机械强度，其抗弯强度大于150mpa，能够有效抵抗锂枝晶的生长，固态电解质的应用避免了有机电解液的泄漏和易燃性问题，提高了电池的整体安全性，复合电解质的协同作用使得电池在大电流下的循环寿命得到显著提升，提高电池的安全性，制备方法工艺简单，成本低廉，适合大规模工业化生产，同时减少了环境污染。

技术特征：

1.一种复合氧化物固态电解质制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种复合氧化物固态电解质制备方法，其特征在于：所述复合氧化物固态电解质的化学式为ce0·8y0·2o1·9-xbi0·25o1·5，其中x取值为5wt％-15wt％，且该电解质在室温下的离子电导率不低于1×10^-4s/cm，抗弯强度大于150mpa。

3.根据权利要求1所述的一种复合氧化物固态电解质制备方法，其特征在于：所述掺杂材料包括ga、mg、al、ti、ta、nb、sc、y中的一种或多种对锂镧锆氧、磷酸钛铝锂或锂镧钛氧进行掺杂形成的产物。

4.根据权利要求1所述的一种复合氧化物固态电解质制备方法，其特征在于：所述活性填料为石榴石型氧化物锂镧锆氧，所述活性填料的结构为li7la3zr2o12。

5.根据权利要求1所述的一种复合氧化物固态电解质制备方法，其特征在于：所述锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂中的一种或多种，所述粘结剂为聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚偏二氯乙烯中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种复合氧化物固态电解质制备方法，其特征在于：所述s4中，保温的具体过程为：于混合气氛中，以5～10℃/min的升温速率升温至1300～1350℃，并保温2～6h，所述混合气氛为氩气和氧气的混合气氛，氩气和氧气按体积比为1:1的混合气氛，所述冷却的过程为：于液态惰性气体中冷却至室温。

7.一种准固态电池，其特征在于：所述准固态电池包括正极、负极及位于两者之间的电解质层，该电解质层由权利要求1-6任意一项所述的复合氧化物固态电解质构成，且电池在充放电循环测试中能稳定循环500次以上，容量保持率不低于80％。

技术总结本发明公开了一种复合氧化物固态电解质制备方法，具体包括以下步骤：S1、复合氧化物固态电解质的原料准备；本发明涉及固态电池技术领域。该复合氧化物固态电解质制备方法及准固态电池，通过优化CeO<subgt;2</subgt;与Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;的比例及制备工艺，使得复合氧化物固态电解质的室温离子电导率达到或超过1×10^‑4S/cm，显著提升了电池的能量密度和循环寿命，复合氧化物固态电解质不仅具有优异的离子电导性，还表现出较高的机械强度，其抗弯强度大于150MPa，能够有效抵抗锂枝晶的生长，固态电解质的应用避免了有机电解液的泄漏和易燃性问题，提高了电池的整体安全性，复合电解质的协同作用使得电池在大电流下的循环寿命得到显著提升，提高电池的安全性。技术研发人员：石亚茹,曲方圆,田晓娟受保护的技术使用者：中科融能（盐城）科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/18