[发明专利]一种掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质及其制备方法

说明书

一种掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质及其制备方法，该制备方法使用包含按质量百分比的如下原料：三氧化镧40％～50％、一水合氢氧化锂30％～40％、二氧化锆15％～25％以及硼化合物0.5％～5％，制备得到掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)，其中，所述硼化合物为硼氧化物或硼酸化合物如锂硼酸盐。该掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质具有高离子电导率，且其制备方法简单，能够有效满足全固体动力电池和电力储能电池等需要，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别是涉及一种掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质及其制备方法。

背景技术

近年来，随着便携式电子产品和电动汽车的普及和发展，这类产品愈发的需要具备大功率、高能量和长寿命锂离子电池。含有固态电解质的固态锂离子电池与液体有机电解质电池相比具有安全优势。为了满足高性能固态电池的需求，高离子电导率电解质是关键材料。到目前为止，已知许多不同类型的固体电解质，其中包括钙钛矿型钛酸盐，NASICON型磷酸盐，LISICON型硫化物和它们的玻璃-陶瓷类似物，以及石榴石型Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)材料。石榴石型Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)是一种新型的固体电解质。石榴石型Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)有两个相，为立方相和四方相，两个相比而言，立方相LLZO在空气中相对稳定，室温下显示的离子电导率较高，这对锂金属电极的稳定性很有好处，并且，其电化学电位窗口达到6V。

为了获得高离子电导率的LLZO，需要使LLZO稳定为立方相，因为它也可能以四方相存在，而四方相的电导率比立方相低两个数量级。此外，具有减少或甚至可忽略不计的晶界阻力也至关重要。烧结内部晶粒或沿晶界的过程可能会导致大的内部电阻时形成的孤立孔。研究表明，元素掺杂是稳定立方相以及提高陶瓷样品密度的有效手段，特别是与Al，Y，Ga掺杂。这些掺杂剂不仅可以代替对应元素在晶格，也有助于通过在晶界处形成低熔点相，从而导致了立方体颗粒之间有良好的连接排出孔。除了这些掺杂物外，低价的Ba²⁺也为陶瓷的致密化做出贡献。另外，Ta⁵⁺取代Zr⁴⁺，可能导致在LLZO上增加了Li的空位浓度，这是为了提高离子传导性的有益方法。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种具有高离子电导率的掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质的制备方法，使用包含按质量百分比的如下原料：三氧化镧40％～50％、一水合氢氧化锂30％～40％、二氧化锆15％～25％以及硼化合物0.5％～5％，制备得到掺杂硼化合物的锂镧锆氧固体电解质Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)，其中，所述硼化合物为硼氧化物或硼酸化合物，所述硼酸化合物优选为锂硼酸盐。

进一步地：

所述制备方法包括：将所述三氧化二镧进行烧结，将烧结后与所述一水合氢氧化锂、所述二氧化锆和所述硼化合物混合均匀搅拌，干燥后，进行压合成片，再经烧结得到所述锂镧锆氧固体电解质。

所述制备方法包括以下步骤：