[发明专利]一种氧化物固体电解质薄片及其制备方法和应用

说明书

本发明属于固体电解质技术领域，尤其涉及一种氧化物固体电解质薄片及其制备方法和应用。本发明所述方法包括如下步骤：通过热压合的方式将两层或多层氧化物固体电解质生片压合为一层。本发明采用双层或多层热压复合的方式，可得到一种无通孔的致密氧化物固体电解质薄片，可有效提高致密固体电解质片的阻气密封效果。

技术领域

本发明属于固体电解质技术领域，尤其涉及一种氧化物固体电解质薄片及其制备方法和应用。

背景技术

常见的无机氧化物陶瓷基固体电解质，如NASICON结构的Li_1.5Al_0.5Ge_1.5(PO₄)₃(LAGP)和Li_1.4Al_0.4Ti_1.6(PO₄)₃(LATP)、Garnet结构的Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)等，具有支持锂离子传导以及电子绝缘的特性。固体电解质薄片的厚度决定了样品的内阻，厚度越小，内阻越小，为了尽可能达到低的内阻，就要把氧化物固体电解质薄片做的越薄越好，因此发展超薄固体电解质薄片(膜)是全固体电池的核心开发内容，难度较高。

氧化物固体电解质薄片的制备方法，常见的方式有三种：

(1)粉末压片法。将经过干燥或焙烧、研磨并混合均匀的粉末试样放入专用模具中，用压机在一定的压力下压制成试样片，称为粉末压片。将粉体压实成薄片，粉体压片过程中，需要先将粉料铺覆在模具内，由于铺覆不均匀，薄片样品在烧结过程中容易发生扭曲变形甚至破裂等现象。且制备的电解质片较厚，为了降低电阻，在使用前，还需要进行表面打磨，极易造成电解质片的损坏。

(2)切割法：薄片由粉体直接烧结成块后切割而成。该方法需要特殊设备，对切割工艺要求较高，且较难做成很薄的片，通常是切割后进一步打磨以制备薄片，同样存在打磨造成的电解质片损坏。相关的专利有：CN 105384801 A“一种氧化物固体电解质隔膜制备方法”；CN 106898821 A“一种锂镧铌氧固体电解质隔膜制备方法”；CN 108408708 A“晶态LAGP固体电解质薄片的制备方法”，但是上述方法均存在上述问题。

(3)流延涂布方法。马里兰大学的胡良兵研究组报道了一种溶液方法制备Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)薄片的方法，通过将氧化物固体电解质制备为浆料，涂覆在聚脂薄膜上，热压后裁片，再进行烧结成固体电解质薄片，该方法为液相方法，需要将固体电解质粉末分散于甲苯和异丙醇溶剂中。

上述三种方法中流延涂布法比较适合制备超薄固体电解质片，但是由于杂质、气泡以及操作等因素，容易导致固体电解质薄片中出现缺陷甚至通孔，这种现象在大尺寸超薄固体电解质片更容易出现，严重影响了超薄固体电解质的使用性能。针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种无通孔的致密氧化物固体电解质片及其制备方法。

发明内容

本发明提供一种无通孔的氧化物固体电解质薄片及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

将氧化物固体电解质制备成氧化物固体电解质生片，通过热压合的方式将两层或多层所述氧化物固体电解质生片压合为一层。

针对现有技术在制备大面积的氧化物固体电解质薄片中存在的问题，本发明首次提出采用热压合的方式两层或多层生片压合为一片的操作，通过这种操作，可将生片制备过程中产生的通孔进行有效地修复，得到一种无通孔的致密氧化物固体电解质薄片。

优选的，所述热压合的过程中，控制压强为100kPa～3MPa，热压时长为10min～60min，热压温度为60～120℃。