[发明专利]一种微波快速烧结制备LLZO固体电解质的方法

说明书

本发明涉及一种通过微波快速烧结制备LLZO（Li₇La₃Zr₂O₁₂）固体电解质的方法，该方法利用传统固相法，通过压制成型和新型微波烧结法，制备出一种LLZO固体电解质陶瓷材料。该材料具有典型的立方相石榴石结构，具有较高的离子电导率，此外该电解质材料还展现出了机械强度高，工作温度范围广的优点，是一种优秀的锂离子电池固体电解质材料。

技术领域

本发明具体涉及一种锂离子固体电解质材料Li₇La₃Zr₂O₁₂的制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

随着便携式电子设备，如笔记本电脑、智能手机的发展，锂离子电池在多个领域得到越来越多的应用。未来的锂离子电池将逐步向以下两个方向发展：用于微型电子设备的小/微型电池和作为储能与动力电池用的大型储能/动力系统。传统的电池使用的电解液一般是溶有锂盐的有机物，稳定性较差，此外目前使用较多的有机电解液还具有较强的腐蚀性与易燃性，虽然采用特殊保护措施等方法，仍然面临一定风险。

相对而言，使用固体电解质安全性能好、无泄漏风险，这提高了电池的安全性能和使用年限。但是固体电解质体系仍然面临较低的锂离子电导率以及电极/固体电解质（固-固）界面等突出问题。其中以LLZO为代表的石榴石结构材料具有良好的锂离子迁移率，是固体电解质的优异材料。

石榴石(garnet)的化学通式为A₃B₂(XO₄)₃（A=Ca、Mg、Y、La或其它稀土元素；B=Fe、Ge、Mn、Ga、Al、Ni或者V），其中，A、B、X均为阳离子占据位置，分别有8、6、4个氧配位，当X为Li⁺时，石榴石具有Li⁺导通能力，石榴石每结构单元可以含有5~7个Li⁺，超过了传统石榴石结构所能容纳的3个Li⁺。根据Li⁺在石榴石结构中的浓度，大致可分为以下几类：Li₃Ln₃Te₂O₁₂（Ln=Y、Pr、Nd、Sm-Lu）（Li3体系）、Li₅La₃M₂O₁₂（M=Nb、Ta、Sb、Bi）（Li5体系）、Li₆ALa₂M₂O₁₂（A=Ca、Sr、Ba；M=Nb、Ta）（Li6体系）和Li₇La₃C₂O₁₂（C=Zr、Sn、Hf）（Li7体系）。但是制备石榴石结构的LLZO材料仍然面临着传统烧结方法制备周期长、效果差等缺点。因此，在上述基础上，为了提升锂离子固体电解质材料的电化学性能，我们提出了一种微波快速烧结制备LLZO固体电解质的方法。

发明内容

本发明针对锂离子液体电解质电池的局限性和传统制备方法制备的锂离子固体电解质电池电导率低的问题，提供了一种利用压制成型结合微波烧结的方法，制备出具有高离子迁移率的锂离子固体电解质Li₇La₃Zr₂O₁₂。

具体实施技术方案：

（1）按照化学计量比为7:3:2分别称取碳酸锂、六水硝酸镧、二氧化锆，由于碳酸锂在高温过程中容易挥发，因此在配置原料需要适当进行补锂，碳酸锂补锂量为10 ％（可以取15％，20 ％）。

（2）将称量的三种原料依次放进玛瑙球磨罐里，加入玛瑙球磨石和作为分散剂的乙醇进行球磨（料球醇比为1:2:1），球磨时间为100 min，转速为400 rpm，球磨后的浆料过筛后在80 ℃下干燥12 h。