[发明专利]一种改良溶胶-凝胶法制备α相的LiZr2

说明书

本发明公开了一种改良溶胶‑凝胶法制备α相的LiZrsubgt;2/subgt;(POsubgt;4/subgt;)subgt;3/subgt;固态电解质的方法，涉及固态电解质材料领域。包括以下步骤：将乙酰丙酮锆溶解于乙醇水溶液中得到溶液A，将锂盐和磷酸盐溶解于水中得到溶液B；将溶液B加入溶液A中得到白色凝胶；将白色凝胶干燥获得白色干凝胶；将白色干凝胶研磨后置于700‑950℃条件下煅烧，得α相的LiZrsubgt;2/subgt;(POsubgt;4/subgt;)subgt;3/subgt;粉体材料；将粉体材料经过压片、烧结得到固态电解质陶瓷片。本发明采用乙醇水溶液作为反应溶剂，简化了操作步骤，减少了资源的消耗，粉体材料的合成温度无需加热到1200℃及以上，对加热设备的要求较低，可以进行较大规模量产，同时所得粉体材料粒径均一，结晶性好。

技术领域

本发明涉及固态电解质材料领域，尤其涉及一种改良溶胶-凝胶法制备α相的LiZr₂(PO₄)₃固态电解质的方法。

背景技术

开发高能量密度、高安全性以及长循环寿命的锂离子电池是近年来能源领域的研究热点。目前采用液态电解质的锂离子电池在高能量密度和高安全性之间仍存在难以调和的矛盾。而采用固态电解质的固态电池不仅能有效解决电池安全性的问题，还可提升电池能量密度与循环寿命。因此开发合适的固态电解质具有重要意义。

目前最具潜力的固态电解质之一是NASICON材料，该材料最初指快离子导体Na_1+xZr₂Si_xP_3-xO₁₂(0x3)，后期广义上认为晶体结构中具有四面体和过渡金属八面体共顶点连接形成的三维框架，框架孔隙内填充Li⁺、Na⁺或K⁺等离子的材料均为NASICON型材料。在锂基NASICON型固态电解质材料中，研究最多的为LiM₂(PO₄)₃(M＝Ti,Ge,Zr等)，但当M为Ti和Ge时，相应材料与金属锂负极接触时会发生元素变价或结构粉化，尚不满足实际需求。与之相比，元素价态稳定的LiZr₂(PO₄)₃成为固态电解质领域中的研究热点。LiZr₂(PO₄)₃具有四种不同的晶相，分别为α相(R-3c空间群)、α′相(C-1空间群)、β相(Pbna空间群)和β′相(P2₁/n空间群)，这其中只有R-3c空间群的α相具有较高的离子电导率[Nomura,K,et al,SolidState Ionics,1993,61(4),293-301；Arbi,K.et al, Journal of Materials Chemistry,2002,12(10),2985-2990.]。已报道的α相 LiZr₂(PO₄)₃粉体材料的制备均需经过1200℃及以上的高温烧结，如何降低烧结温度并获得粒径均一的α晶相产物具有重要的实际应用价值。