[发明专利]一种提高锂镧锆氧立方相稳定性的方法

说明书

本发明公开了一种提高锂镧锆氧立方相稳定性的方法，采用MoO₃置换Li₇La₃Zr₂O₁₂中部分ZrO₂，制得Li_7‑2xLa₃Zr_2‑xMo_xO₁₂，0x≤0.1。与Li₇La₃Zr₂O₁₂相比，Li_7‑2xLa₃Zr_2‑xMo_xO₁₂电解质片不容易产生杂相，具有高纯度的石榴石立方相，具备高离子电导率，简化了制备工艺，在锂离子电池领域和中低温燃料电池方面具有很好的工业生产潜力。

技术领域

本发明属于锂离子电池和中低温燃料电池技术领域，具体涉及一种提高锂镧锆氧立方相稳定性的方法。

背景技术

近年来，锂离子电池快速发展，锂离子电池由于其高的比能量密度受到广泛的关注，并且已经运用于便携式移动设备、电动汽车、储能电站等多种领域。由于大多采用有机电解液及凝胶聚合物电解液，导致其存在电解液电化学稳定性差、易燃、易爆等安全性问题，引起了人们对锂电池的安全性能方面的极大关注，这些问题也极大地限制了锂离子电池的使用。

相对于液态电解质，固态电解质其较高的锂离子电导率、较宽的电化学窗口、良好的安全体系及简化设计等优点吸引力研究人员的注意，其中氧化物无机固态电解质是极具应用前景的新型材料，适用于新能源和锂离子电池行业，CN112670561A、CN111916836A及CN109119573A通过粉末包覆电极材料、粉末涂敷隔膜等以提高电池的综合性能，但是仍然存在局限性。

Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)是一种比较常见的石榴石固态电解质，有四方相和立方相两种晶体结构，两者的骨架均由LaO₈十二面体和ZrO₆八面体构成，区别在于间隙处的Li⁺排布方式不同。由于立方相中包含更多的锂空位，立方相中的Li⁺相较于四方相更易迁移，所以立方相具有远高于四方相的离子电导率、高对Li稳定性、高能量密度及宽电化学窗口等优点。

虽然立方相石榴石Li₇La₃Zr₂O₁₂电解质具有高离子电导率，但立方相Li₇La₃Zr₂O₁₂一方面难以合成，文献(Ramaswamy Murugan,Venkataraman Thangadurai,WernerWeppner, Fast Lithium Ion Conduction in Garnet-Type Li₇La₃Zr₂O₁₂, PhysicalInorganic Chemistry,doi: 10.1002/chin.200750009) 报道，在1230℃烧结6h才能合成了立方相；另一方面在高温时候容易转变成四方相，因此提高石榴石立方相的稳定性和简单合成成为学术界和工程界的热点和焦点。