陶瓷、制备方法及其应用

本发明涉及陶瓷，特别是涉及一种陶瓷、制备方法及其应用，尤其在电池领域的应用。

背景技术：

1、对于多晶电解质或电极材料，其内部一般由晶粒与晶界组成。由于晶界结构和组成与晶粒体相不同，因此其离子传输也存在差异。大量研究表明，无机固体电解质中的晶界会增加离子迁移阻抗，晶界电导率低于晶粒电导率，晶界具有高于晶粒的扩散激活能，从而降低了电解质的总离子电导率。因此，通过优化合成条件以增加固体电解质晶粒尺寸，改善晶界接触，降低晶界的比例，可以有效提高晶界电导率和总电导率。

2、其中最为常见的一种方法是在电解质烧结时添加烧结助剂，烧结助剂可以促进晶粒的生长，减小晶界体积，从而降低晶界电阻。在传统的固体电解质制备过程中，烧结助剂主要是以固体粉末的形式与电解质粉体充分混合，再将混合粉末压制成坯体，再通过加热实现烧结过程。这一方法很难将粉体与烧结助剂充分混合，且烧结温度较高。另一种更为有效的提升离子电导率的方法是构建织构特性的材料。织构陶瓷材料作为一种具有晶体学取向或晶粒规则排列的无机非金属材料，与传统的各向同性陶瓷相比，织构陶瓷在性能(如热电性、压电性、铁电性和导电性)上表现出明显的各向异性。设计更利于传导离子的织构特性材料，可极大降低离子传输路径的迂曲度，大大提升材料的离子传输性能。但典型的织构陶瓷材料制备技术(模板法、热加工和磁场定向法等)仍只是集中在传统陶瓷材料，开发可应用于电池，尤其是锂离子电池领域的织构陶瓷仍鲜有报道，有待进一步发展。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种陶瓷，尤其是大尺寸晶粒陶瓷，可以作为燃料电池电解质或具有织构特征的导锂材料，用于解决现有技术中的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种陶瓷，所述陶瓷为具有织构特征的导锂材料或燃料电池电解质，所述具有织构特征的导锂材料选自具有织构特征的固体电解质或具有织构特征的电极材料。

3、本发明另一方面提供所述的陶瓷的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

4、1)将前驱体粉体与聚合物溶液研磨混合后压制成前驱体粉饼；

5、2)将步骤1)获得的前驱体粉饼进行高温除胶获得多孔粉饼；

6、3)将步骤2)获得的多孔粉饼置于铺有氧化物的坩埚中，其中，所述多孔粉饼置于所述氧化物的正上方且多孔粉饼与氧化物不直接接触；密闭环境下加热、冷却至室温后即得。

7、本发明还提供前述的陶瓷和/或前述的方法制备获得的陶瓷在电池领域的应用。

8、与现有技术相比，本发明取得的有益效果为：

9、本发明提供一种陶瓷，尤其是大尺寸晶粒陶瓷，可以作为燃料电池电解质或具有织构特征的导锂材料。具体地，本发明陶瓷采用气固反应烧结的方法，利用气态化合物与多孔的电解质或电极前驱体坯体反应，在浓度梯度的诱导下，成功制备了具有大尺寸晶粒的具有织构特征的导锂材料及燃料电池电解质，其中，大尺寸晶粒的具有织构特征的导锂材料包括大尺寸柱状晶的固体电解质(例如锂镧锆氧，li7la3zr2o12，llzo)及电极材料(例如钴酸锂，licoo2，lco；锰酸锂，li2mno3，lmo等)，其内部晶粒还实现了沿离子传输方向排列和/或在该方向上具有晶体学取向。燃料电池电解质为大尺寸晶粒、致密度高的陶瓷电解质(例如为la2zr2o7陶瓷电解质)。综上，无论是具有织构特征的导锂材料还是燃料电池电解质，晶粒尺寸的大大提升、晶粒的规则性排列或晶体学取向，极大的降低了离子穿越离子传输性能不佳的晶界的概率，同时也避免了曲折的传输路径，构建了更为快速高效的离子通路。

技术特征：

1.一种陶瓷，其特征在于，所述陶瓷为具有织构特征的导锂材料或燃料电池电解质，所述具有织构特征的导锂材料选自具有织构特征的固体电解质或具有织构特征的电极材料。

2.如权利要求1所述的陶瓷，其特征在于，所述具有织构特征的导锂材料为柱状晶，所述具有织构特征的导锂材料的晶粒尺寸为长50～200μm，直径为10～50μm；

3.如权利要求1所述的陶瓷，其特征在于，所述具有织构特征的固体电解质为锂镧锆氧。

4.如权利要求2所述的陶瓷，其特征在于，所述锂镧锆氧的晶粒尺寸为长50～200μm，直径10～50μm、无明显晶体学取向。

5.如权利要求1所述的陶瓷，其特征在于，所述具有织构特征的电极材料选自钴酸锂、锰酸锂中的一种或两种。

6.如权利要求5所述的陶瓷，其特征在于，所述钴酸锂的晶粒尺寸为长100～150μm，直径30～50μm，具有晶体学取向，柱状晶垂直于电极表面排列，且其(100)晶面垂直于表面；

7.一种陶瓷的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

8.如权利要求7所述的织构陶瓷的制备方法，其特征在于，还包括如下特征的任一项或多项：

9.如权利要求8所述的织构陶瓷的制备方法，其特征在于，还包括如下特征的任一项或多项：

10.如权利要求1～6任一项所述的陶瓷和/或如权利要求7～9任一项所述的方法制备获得的陶瓷在电池领域的应用。

技术总结本发明涉及陶瓷技术领域，特别是涉及一种陶瓷、制备方法及其应用，尤其在电池领域的应用。所述陶瓷为具有织构特征的导锂材料或燃料电池电解质，所述具有织构特征的导锂材料选自具有织构特征的固体电解质或具有织构特征的电极材料。本发明采用气固反应烧结的方法，利用气态化合物与多孔的电解质或电极前驱体坯体反应，在浓度梯度的诱导下，成功制备了具有大尺寸晶粒的具有织构特征的导锂材料及燃料电池电解质。技术研发人员：刘巍,张鑫水,杨艺航受保护的技术使用者：上海科技大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2