[发明专利]一种一步烧结制备直孔固态锂电池陶瓷电解质的方法及其应用

说明书

本发明公开一种一步烧结制备直孔固态锂电池陶瓷电解质的方法，包括如下步骤：（1）提供相转换溶液，备用。（2）将锂负极原料、氧化镧、氧化钛、分散剂加入所述相转换溶液中进行研磨，得到前驱体浆料，备用。（3）将所述前驱体浆料倒入模具成型，然后在所述浆料的上部加絮凝剂进行相转化，完成后脱模进行烘干，得到内部具有直孔结构的胚体。（4）将所述胚体加热排胶后接着进行煅烧，即得具有直孔的固态锂电池陶瓷电解质。本发明可以通过氧化物制胚并一次烧结制备直孔陶瓷膜，烧结过程只需一次，能大大减少陶瓷生产能耗，缩短陶瓷膜生产周期，适合大规模生产。

技术领域

本发明涉及固态电解质制备技术领域，尤其涉及一种一步烧结制备直孔固态锂电池陶瓷电解质的方法及其应用。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

传统的液体电解质锂离子电池存在局部离子浓度或电子浓度不均匀现象，导致局部电流密度过大，容易生成锂枝晶。随着充放电次数的增多，锂枝晶不断生长而刺破隔膜，造成电池短路，极容易引发火灾等安全隐患。固态电池采用固态电解质代替有机电解液，从根本上解决了传统锂离子电池的安全隐患，并且固态电解质与金属锂负极的搭配有望实现较高的能量密度。因此，有必要开发在能量密度、循环寿命和安全性方面都具优势的固体电解质材料。

固体电解质作为全固态锂离子电池的重要组成部分，无机固体电解质能在宽的温度范围内保持良好的电化学稳定性、力学性能和更高的安全特性。但由于固态电解质缺乏流动性，导致固-固接触面积小，阻抗增大等问题出现，这一系列的界面问题已成为制约固态电池发展的瓶颈。

目前，固态电解质的制备方法主要包括以下两种：（1）先用氧化物烧结电解质粉体，再利用压片法制作电解质胚体，最后通过二次烧结成陶瓷膜来实现。这种固体电解质膜在后续加工过程中质硬且脆，而且每次烧结都会损失固态电解质中的锂，需要在烧结过程中进行人工补锂，这也增加了固态电解质的制造成本。（2）压片制备的固态电解质膜尺寸受压片设备的限制，表面积较小，电解质与电极材料的接触面积有限，限制了正极材料的负载量，影响锂离子的传输和应用效率，进一步限制了固态电池的容量。

发明内容

本发明提供一种一步烧结制备直孔固态锂电池陶瓷电解质的方法及其应用。该方法通过氧化物制胚并一次烧结制备直孔陶瓷膜，能大大减少陶瓷生产能耗，缩短陶瓷膜生产周期，更加适于大规模生产。为实现上述目的，本发明的技术方案如下所示：

在本发明的第一方面，公开一种一步烧结制备直孔固态锂电池陶瓷电解质的方法，包括如下步骤：

（1）提供相转换溶液，备用。

（2）将锂负极原料、氧化镧、氧化钛、分散剂加入所述相转换溶液中进行研磨，得到前驱体浆料，备用。

（3）将所述前驱体浆料倒入模具成型，然后在所述浆料的上部加絮凝剂进行相转化，完成后脱模进行烘干，得到内部具有直孔结构的胚体。

（4）将所述胚体加热排胶后接着进行煅烧，即得具有直孔的固态锂电池陶瓷电解质。

进一步地，步骤（1）中，所述相转换溶液包括：溶解有聚醚砜的N-甲基吡咯酮溶液、溶解有聚醚砜的二甲基亚砜等中的任意一种。优选地，所述转换溶液中溶质的质量分数为10~40wt%。

进一步地，步骤（2）中，所述锂负极原料、氧化镧、氧化钛、分散剂的质量比=5~30：30~40：30~40：1~5：5~30。可选地，采用ZrO₂、氧化镓、氧化钇、氧化锶、氧化铝、TaO₅中的任意一种代替所述氧化钛。

进一步地，步骤（2）中，所述锂负极原料包括氧化锂、碳酸锂、氢氧化锂等中的至少一种。