[发明专利]一种氧化物固态电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氧化物固态电解质及其制备方法和应用。本发明的氧化物固态电解质为立方晶相的LiGaO₂或LiGa₅O₈。本发明氧化物固态电解质的制备方法包括混合Li₂CO₃和Ga₂O₃、研磨至微米级粒径、一次烧结、二次研磨至微米级粒径、压片、二次烧结。本发明通过简化的制备方法制得了一种掺杂元素少，且离子电导率高的氧化物固态电解质。本发明的氧化物固态电解质具有立方晶相，表面光滑、微观结构紧凑，电化学稳定性优、界面阻抗低。作为电解质应用于固态电池可以使得电池的离子电导率大幅提高。

技术领域

本发明涉及锂电池固态电解质技术领域，更具体的，涉及一种氧化物固态电解质及其制备方法和应用。

背景技术

固态电池是一种使用固态电极和固态电解质的新型电池，它与传统锂离子电池的区别在于以固态电解质替代了传统锂离子电池中的隔膜、电解液溶剂和锂盐。固态电池内部的电解质稳定，具有不漏液、不挥发、不可燃和无腐蚀的特点，与传统电池相比，对于电池的安全性要高，且具有高能量密度和高使用寿命。

固态电解质可大体分为无机型固态电解质、聚合物固态电解质和复合固态电解质三大类。无机固态电解质主要包括氧化物和硫化物，其中氧化物固态电解质的结构稳定，耐温性好，但制备加工困难，物相不纯，使得离子导电性差，市面上的氧化物固态电解质的离子导电性通常仅为10^-7S/cm～10^-10S/cm。

中国专利申请CN108091929A公开了一种化学通式为A₂M_2-xR_xTeO₆的氧化物固态电解质，通过在电解质材料中引入碱金属元素、二价金属元素和稀土元素，提高了其离子电导率。V.Thangadurai等人(Venkataraman,Thangadurai,Sumaletha, et al.ChemInformAbstract:Garnet-Type Solid-State Fast Li Ion Conductors for Li Batteries:Critical Review[J].Cheminform,2014.)公开了Y³⁺、Ce³⁺、Nb⁵⁺、Ta⁵⁺等金属离子掺杂的固态电解质，均能够在室温下维持单相立方结构，并提高了离子电导率。但碱金属、稀土金属、Ta、Nb、Ce等多元素同时掺杂一方面使得制备工艺繁琐、复杂，另一方面也造成固态电解质价格昂贵。

因此，需要开发出一种离子电导率高，同时掺杂元素少、制备工艺简化的氧化物固态电解质。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的离子电导率低的缺陷，提供一种氧化物固态电解质，该氧化物固态电解质具有立方晶相，离子电导率高。

本发明的另一目的在于提供上述氧化物固态电解质的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述氧化物固态电解质在固态电池中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种氧化物固态电解质，所述氧化物固态电解质为立方晶相的LiGaO₂或 LiGa₅O₈。

本发明通过共价取代改变锂离子传导路径，优化Li⁺空位或改变元素的含量来增加Li⁺导电性，在石榴石型c-LLZO(Li₇La₃Zr₂O₁₂)氧化物固体电解质的基础上进一步提高了Li⁺导电性。