本发明专利技术公开了一种钽掺杂立方石榴石结构Li7La3Zr2‑xTaxO12材料及其制备方法，其包含：步骤1，称取锆酸镧、镧源、锂源及掺杂元素钽源；将上述材料先后置于容器中并加入络合剂搅拌4‑6小时；步骤2，逐步升温至80℃并保温直至多余水分被除去，得高温固相处理的前驱体；步骤3，前驱体在400℃预加热3‑5小时，再将产物取出，经充分研磨均匀，再在900℃焙烧1.5‑5小时，得到一次焙烧产物；其中，x值为0.25‑0.6。本发明专利技术提高的方法路线简单，对掺杂物质的含量要求降低，焙烧时间的缩短使得制备过程在减少能耗的同时也减少了锂的高温损耗，节约了能源，还大大降低了成本，十分适合规模量产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种无机氧化物的制备方法，特别是一种钽掺杂立方石榴石结构Li7La3Zr2 xTax012材料的制备方法，属于锂离子电池电解质材料领域。
技术介绍
2007年W印pner课题组首次报道了具有石榴石结构的Li7La3Zr2012#料(Murugan, R.; Thangadurai, V.; ffeppner, ff.Angevandte Chemie 2007, 46 (41)，7778.)，阻抗测试结果显示，该材料室温下电导率可达10 4 S._ 1数量级，适用于全固态锂电池的实际应用水平。由此石榴石结构Li7La3Zr2012材料开始走进人们的视线，被用作固态电池的固体电解质材料，以改善现有液态有机电解液所存在的一些安全隐患，如漏液、易燃等问题。同时Li7La3Zr2012材料具有与锂电极接触稳定性好；和液体电解质体系相当的高离子电导率；良好的化学和电化学稳定性(电化学稳定窗口达0~7V32);更能够在空气中大量制备，无需特别的气氛保护；且原料易得，便于生产制造；环境友好等显著特点。日益成为各国科研工作者的研究热点，是一种颇具潜力的锂离子电池固态电解质材料。Li7La3Zr2 ；1^012是1^71^32巧012在制备过程中掺杂的产物，现在大家大量研究的都是Li 7La3Zr2012掺杂产物，因为掺杂可以使1^71^32^012在短时间，相对于原来稍低的温度下形成立方相晶型更好的产物，掺杂的效果主要体现在制备条件要求的降低已经晶型的完善、电导率的提升；作用与Li7La3Zr2012都是一样的就是无机固态电解质。目前Li7La3Zr2012#料的制备方法主要有传统固相法、液相法。固相法:Jae_MyungLee 等人以 L1H.H20、La203、Zr02S原料，900°C下焙烧 12 h后于1125 °C下焙烧20 h，所得产物LLZO的室温离子电导率可达4.9X10 4S.cm1 (Lee,J.Μ.; Kim, T.; Baek，S.ff.; Aihara, Y.; Park, Y.; Kim, Y.1.; Doo，S.G.SolidState 1nics 2014, 258, 13.)。并不断有研究人员相继研究了焙烧气氛，焙烧时间，焙烧过程中的热压给材料带来的影响。液相法Kakihana等人采用聚合络合法，以溶液相为起始反应相，在较低的温度、较短的时间内获得尺寸更加均一的前驱体，即将原材料按照质量比混合并以无水硝酸制成硝酸盐溶液，再加入柠檬酸与乙二醇￠0:40mol)作为络合剂，置于130°C下加热并不断搅拌直至成为固体粉末为止，而后将该粉末压制成片，900°C空气气氛下焙烧6 h后 1200°C再焙烧 6 h 制得 LLZ0 产物(Kakihana, M.Ceram, J.Soc.Jpn.2009, 117,857.)0 E.A.1I ’ ina等人将溶胶凝胶法与冷等静压技术相结合，制备得到相对密度为82%的LLZ0产物(II， ina, E.A.; Aleksandrov, A.V.; Raskovalov, A.A.; Batalov, N.N.Russian Journal of Applied Chemistry 2013，86 (8)， 1225.)0其他Jiajia Tan等在室温下利用脉冲激光沉积法在SrTi03 (100)和刚玉(0001)基底上沉积LLZ0薄层。并经实验证实，沉积层是非晶态的，是经过后期烧结使之成为晶体(Tan, J.; Tiwari, A.ECS Solid State Letters 2012, 1 (6)，Q57.)。现有的Li7La3Zr2012#料的制备方法多采用长时间的焙烧过程，即使是采用液相法也只能够在一定程度上缩短焙烧时间，更多的是使得材料尺寸更加均一。工业上主流的制备方法多倾向于固相法，但在现有的固相反应中长时间的高温加热(常常是900°C及以上，6_12h或更久)不仅会造成能源的大量消耗，更会使得Li元素在高温下大量的流失，使得生产、加工的成本明显提高。
技术实现思路
本专利技术的目的提供一种钽掺杂立方石榴石结构Li7La3Zr2 xTax012材料的制备方法，以锆酸镧为原料，采用固相法制备Li7La3Zr2 xTax012#料，该方法对掺杂物质的含量要求较低，且高温焙烧时间大大缩短。为达到上述目的，本专利技术提供了一种钽掺杂立方石榴石结构Li7La3Zr2 ；^012材料的制备方法，该方法包含如下步骤: 步骤1，称取锆酸镧、镧源、锂源及掺杂元素钽源，使得金属元素之间的摩尔比符合Li7La3Zr2 xTax012中的各金属元素的摩尔比；将上述材料先后置于容器中并加入络合剂搅拌4-6小时； 步骤2，逐步升温至80°C并保温直至多余水分被除去，呈现糊状物，即为高温固相处理的前驱体； 步骤3，前驱体在400°C预加热3-5小时，以除去络合剂及少量剩余水分，并将产物取出，经充分研磨均匀，再在900°C焙烧1.5-5小时，得到Li7La3Zr2 xTax012材料的一次焙烧产物，其中，X值为0.25-0.6。上述的方法，其中，该方法还包含:步骤4，将一次焙烧产物球磨均匀后压片，然后在1100-1150°C下进行二次焙烧，时间为10-12小时，得到Li7La3Zr2 xTax012 (LLZT0)材料的最终产物。所述二次焙烧可以使晶型更完善，且不改变晶型，从XRD上一般表现为峰强明显增加，最主要的是二次烧是压片后烧结，可以使颗粒间接触更良好，大幅度增加相对密度，LLZT0无机固相电解质的相对密度对电导率的影响是很明显且主要的。上述的方法，其中，步骤1中的锆酸镧是由K2C03.1.5H20:La203:ZrOCl2.8Η20=1.6:1:2为原料，以异丙醇为球磨介质，球磨转速为400rpm，经过12小时球磨后置于70°C下干燥4-6小时，然后在900°C下焙烧10小时制得。上述的方法，其中，步骤1中，锂源为醋酸锂或硝酸锂，镧源为硝酸镧或氧化镧(锆酸镧的镧来自于硝酸镧，焙烧时再次加入的镧为氧化镧)，钽源为钽酸锂、氯化钽。上述的方法，其中，步骤1中，络合剂为羰基-β -环糊精。上述的方法，其中，步骤3、步骤4中，焙烧气氛为空气。本专利技术还提供了一种采取上述的方法制备的钽掺杂立方石榴石结构Li7La3Zr2 xTax012#料，其中，x值为0.25-0.6。优选地，x取值为0.25，该材料的分子式为Li7La3ZrL 75Ta0.25012。本专利技术采用锆酸镧为原料，在络合剂的作用下与镧、锂、钽充分混合反应均匀后除去水分，所得糊状物质经400°C加热3-5小时得到Li7La3Zr2 xTax012材料前驱体。一次焙烧产物经XRD验证晶型良好，无其他杂质。本专利技术采用锆酸镧为原材料，通过络合剂作用的方法制备Li7La3Zr2 xTax012材料工艺路线简单，对掺杂物质的含量要求降低，焙烧时间的缩短使得制备过程在减少能耗的同时也减少了锂的高温损耗，不仅节约了能源，还大大降低了成本，十分适合规模量产。【附图说明】图1为本专利技术一次焙烧产物ΙΛΙ^3ΖΓι.75Τ&α25012材料的XRD谱图。图2为本专利技术一次焙烧产物ΙΛΙ^3ΖΓι本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钽掺杂立方石榴石结构Li7La3Zr2‑xTaxO12材料的制备方法，其特征在于，该方法包含如下步骤：步骤1，称取锆酸镧、镧源、锂源及掺杂元素钽源，使得金属元素之间的摩尔比符合Li7La3Zr2‑xTaxO12中的各金属元素的摩尔比；将上述材料先后置于容器中并加入络合剂搅拌4‑6小时；步骤2，逐步升温至80℃并保温直至多余水分被除去，呈现糊状物，即为高温固相处理的前驱体；步骤3，前驱体在400℃预加热3‑5小时，以除去络合剂及少量剩余水分，并将产物取出，经充分研磨均匀，再在900℃焙烧1.5‑5小时，得到Li7La3Zr2‑xTaxO12材料的一次焙烧产物；其中，x值为0.25‑0.6。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王婷，解晶莹，王可，王久林，罗英，
申请(专利权)人：上海动力储能电池系统工程技术有限公司，上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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