一种纳米锂镧钛氧化物材料、其制备方法及应用技术

本申请涉及一种纳米锂镧钛氧化合物材料，其特征在于，所述纳米锂镧钛氧化合物材料的化学式为Li3xLa2/3-xTiO3，0<x<0.16；所述纳米锂镧钛氧化合物材料的粒径不超过100nm，可直接用于制备固体电解质薄膜。采用本申请纳米锂镧钛氧化合物材料制备的固体电解质薄膜用于锂离子电池，具有晶界电阻低的优点。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及一种纳米锂镧钛氧化合物材料、其制备方法及应用，属于全固态锂离子电池领域。
技术介绍
锂离子电池已经广泛应用于大多电子产品，包括作为大型储能器件应用于电动汽车。目前，广泛使用的锂离子电池大多采用液体电解质。液体电解质在安全上存在隐患，已经危及到锂离子电池的应用。无机固体电解质具有安全性能好、循环寿命长、能量密度高、高温适应性好等优点，能够从根本上解决锂离子电池的安全问题。锂镧钛氧化合物是无机固态电解质的一种，具有电导率高、合成简单等优点。锂镧钛氧化合物化学式为Li3xLa2/3-xTiO3，其中0<x<0.16。其室温下电导率可以达到10-3S/cm，理论上可以用来取代液态电解质。超小尺寸的锂镧钛氧化合物颗粒不仅可以制备成超薄的固体电解质薄膜，而且可以降低大颗粒电解质带来的晶界电阻。最早的锂镧钛氧的制备方法为固相烧结法，需要高温烧结，不仅耗能，而且晶粒尺寸很大，应用还需要后期处理，步骤繁琐。一般的溶胶-凝胶法虽然能制备出纳米级的锂镧钛氧颗粒，但是无法轻易实现超小的尺寸。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供一种纳米锂镧钛氧化合物材料，颗粒尺寸为纳米级，可直接用于制备固体电解质薄膜。与一般锂镧钛氧化合物材料相比，采用本申请纳米锂镧钛氧化合物材料制备的固体电解质薄膜的具有晶界电阻低的特点。所述纳米锂镧钛氧化合物材料，其特征在于，所述纳米锂镧钛氧化合物材料的化学式为Li3xLa2/3-xTiO3，0<x<0.16；所述纳米锂镧钛氧化合物材料的粒径不超过100nm。优选地，所述纳米锂镧钛氧化合物材料的粒径范围上限任选自100nm、90nm、80nm、70nm、60nm、50nm，下限任选自10nm、20nm、30nm。进一步优选地，所述纳米锂镧钛氧化合物材料的粒径为10nm～100nm。更进一步优选地，所述纳米锂镧钛氧化合物材料的粒径为30nm～80nm。更进一步优选地，所述纳米锂镧钛氧化合物材料的粒径为20nm～50nm。优选地，所述纳米锂镧钛氧化合物材料为Li0.35La0.55TiO3和/或Li0.5La0.5TiO3，粒径为10～80nm。所述锂镧钛氧化合物又称钛酸镧锂(简写为LLTO)，为具有钙钛矿结构或类似结构的化合物。根据本申请的又一方面，提供一种制备所述纳米锂镧钛氧化合物材料的方法，其特征在于，含有如下步骤：a)将钛源、锂源、镧源、溶剂、分散剂混合，得到具有如下摩尔比例的溶胶：Ti：Li：La：溶剂：分散剂＝1：0.25～1：0.5～0.8：50～250：0.25～2；b)将步骤a)所得溶胶陈化得到凝胶；c)步骤b)所得凝胶经干燥、研磨、烧结固化得到所述纳米锂镧钛氧化合物材料。步骤a)中所述钛源选自含有钛元素的有机化合物和/或无机化合物。优选地，所述钛源选自钛酸酯化合物中的至少一种。步骤a)所述溶胶中的摩尔比例，Ti为溶胶中钛元素的摩尔数；Li为溶胶中锂元素的摩尔数；La为溶胶中镧元素的摩尔数；溶剂为溶剂的摩尔数；分散剂为分散剂的摩尔数。进一步优选地，所述钛酸酯化合物选自具有如式I中所示的化学结构式的化合物中的至少一种：进一步优选地，所述式I中R1，R2，R3，R4独立地选自任意碳原子数为1～10的烷基。所述烷基为直链烷烃或支链烷烃失去任意氢原子所形成的基团。进一步优选地，所述式I中R1，R2，R3，R4为相同的烷基。进一步优选地，步骤a)中所述钛源为钛酸四丁酯和/或钛酸异丙酯。步骤a)中所述锂源选自含有锂元素的有机化合物和/或无机化合物。优选地，所述锂源选自无机锂盐、羧酸锂盐、醇锂化合物中的至少一种。优选地，所述无机锂盐为硝酸锂和/或氯化锂。优选地，所述羧酸锂盐选自分子式为R5COOLi的化合物中的至少一种，R5为任意碳原子数为1～10的烷基。进一步优选地，R5为任意碳原子数为1～5的烷基。优选地，所述醇锂化合物选自分子式为R6OLi的化合物中的至少一种，R6选自任意碳原子数为1～10的烷基。优选地，所述锂源选自硝酸锂、氯化锂、甲醇锂、乙醇锂、乙酸锂、叔丁醇锂、叔戊醇锂中的至少一种。更进一步优选地，所述锂源为乙酸锂和/或硝酸锂。步骤a)中所述镧源选自含有镧元素的有机化合物和/或无机化合物。优选地，所述镧源选自无机镧盐中的至少一种。进一步优选地，所述镧源为硝酸镧和/或氯化镧。更进一步优选地，所述镧源为硝酸镧。优选地，步骤a)中所述溶剂选自有机醇类溶剂中的至少一种。进一步优选地，所述溶剂选自分子式为R7OH的醇类化合物中的至少一种，R7选自任意碳原子数为1～10的烷基。更进一步优选地，所述溶剂为异丙醇。优选地，所述分散剂选自含有乙酰基的有机化合物中的至少一种。更进一步优选地，所述分散剂选自乙酸乙酯、乙酰丙酮、乙酰乙酸乙酯中的至少一种。优选地，步骤a)中所述溶胶中的摩尔比例为Ti：Li：La：溶剂：分散剂＝1：0.3～0.6：0.4～0.6：60～70：0.25～1。优选地，所述溶胶中的摩尔比例为Ti：Li：La：溶剂：分散剂＝1：0.5～0.6：0.5～0.6：65～75：0.25～0.6。优选地，步骤a)中所述溶胶中的钛元素、锂元素和镧元素的摩尔比例为Ti：Li：La＝2：1：1。进一步优选地，步骤b)中所述陈化的时间不少于1小时。进一步优选地，步骤b)中所述陈化的时间为1～48小时。更进一步优选地，所述陈化时间为8～48小时。优选地，步骤b)中所述陈化的温度为10～50℃。进一步优选地，所述陈化温度为25～35℃。更进一步优选的，所述陈化温度为室温。步骤c)中所述干燥可以为样品直接放入烘箱烘干，也可以为真空干燥。优选地，步骤b)中所述干燥的温度为50℃～150℃。进一步优先地，步骤c)中所述干燥温度范围上限任选自150℃、120℃、100℃，下限任选自50℃、60℃、70℃。优选地，步骤c)中所述干燥时间为1～20小时。进一步优选地，步骤c)中所述干燥时间上限任选自20小时、16小时、15小时或10小时，下限任选自1小时或2小时。更进一步优选地，步骤c)中所述干燥时间为1～10小时。优选地，步骤c)所述烧结固化的温度为300℃～1000℃，时间不少于1小时。进一步优选地，所述烧结固化的温度范围上限任选自900℃、800℃、700℃、650℃、600℃、550℃，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米锂镧钛氧化合物材料，其特征在于，所述纳米锂镧钛氧化合物材料的化学式为Li3xLa2/3‑xTiO3，0<x<0.16；所述纳米锂镧钛氧化合物材料的粒径不超过100nm。

【技术特征摘要】
1.一种纳米锂镧钛氧化合物材料，其特征在于，所述纳米锂镧钛氧
化合物材料的化学式为Li3xLa2/3-xTiO3，0<x<0.16；所述纳米锂镧钛氧化合
物材料的粒径不超过100nm。
2.根据权利要求1所述的纳米锂镧钛氧化合物材料，其特征在于，
所述纳米锂镧钛氧化合物材料为Li0.35La0.55TiO3和/或Li0.5La0.5TiO3，粒径
为10～80nm。
3.制备权利要求1所述纳米锂镧钛氧化合物材料的方法，其特征在
于，含有如下步骤：
a)将钛源、锂源、镧源、溶剂、分散剂混合，得到具有如下摩尔比
例的溶胶：
Ti：Li：La：溶剂：分散剂＝1：0.25～1：0.5～0.8：50～250：0.25～2；
b)将步骤a)所得溶胶陈化得到凝胶；
c)步骤b)所得凝胶经干燥、研磨、烧结固化得到所述纳米锂镧钛氧
化合物材料。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤a)所述钛源选自
钛酸酯化合物中的至少一种；所述锂源选自无机锂盐、羧酸锂盐、醇锂化
合物中的至少一种；所述镧源选自无机镧盐中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩伟强，严旭丰，董灵庆，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33