一种双通AAO模板固态电解质中原子尺寸间隙的制备方法技术

一种双通AAO模板固态电解质中原子尺寸间隙的制备方法。本发明专利技术提供了一种连续传导LATP固态电解质和制备方法及其使用该固态电解质的锂离子电池，避免了LATP和锂金属负极之间直接接触会引发严重的副反应。本发明专利技术通过碳原子的氧化，获得了原子尺寸的间隙，通过设置一层或多层碳原子，不仅避免了LATP与锂金属负极的直接接触，更大大提高了锂离子的迁移率。

【技术实现步骤摘要】
一种双通AAO模板固态电解质中原子尺寸间隙的制备方法
本专利技术涉及具一种双通AAO模板固态电解质中原子尺寸间隙的制备方法，具体涉及一种在双通AAO模板中制备具有原子尺寸间隙固态电解质的方法。
技术介绍
近年来，固体电解质Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3(LATP)因其高的锂离子电导率备受关注，导致其高离子电导率的原因是（1）铝离子部分掺杂在LTP骨架内，可通过结构变化和随后的致密化有效降低晶界能垒；（2）Al的掺杂不仅增强锂离子的迁移率，促进了锂离子在不同界面上的扩散能力，同时降低了活化能。但是LATP和锂金属负极之间直接接触会引发严重的副反应，锂金属将LATP中的Ti4+还原为Ti3+，不仅造成LATP结构不稳定，副反应的产物在界面聚集又导致了SSE晶界离子电导率降低。本课题组已经提出了一种具有空气间隙的连续传导LATP固态电解质。其空气间隙能够避免LATP与负极锂金属的接触引起的副反应又能够确保锂离子的跃迁传输。但是基于现有的制备方法空气间隙的尺寸一般在10-50nm，纳米级的尺寸宽度在一定程度上限制了锂离子的迁移率。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种双通AAO模板固态电解质中原子尺寸间隙的制备方法。本专利技术的技术解决方案是：一种双通AAO模板固态电解质中原子尺寸间隙的，包含以下步骤：步骤1，制备LATP（Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3）前驱体溶液；步骤2，双通AAO模板预处理：常压下，对AAO模板加热，去除双通AAO模板中的水蒸气和杂质后冷却；步骤3，全浸后毛细作用充分吸附：将步骤2获得的双通AAO模板全浸入步骤1制备的LATP前驱体溶液中，确保双通AAO模板的孔中吸附满LATP前驱体溶液；步骤4，将吸附满LATP前驱体溶液的双通AAO模板取出后，在双通AAO模板一侧的通孔开口处设置一层或多层碳原子。步骤5，通氧退火；氮气保护下，对经过上述步骤4处理的双通AAO模板进行退火，退火过程中通入少量的氧气，双通AAO模板一侧的通孔开口处设置的一层或多层碳原子被氧化成二氧化碳，在双通AAO模板一侧形成具有原子尺寸间隙的连续传导LATP固态电解质。优选地，空气间隙的长度为30-150个原子尺寸。优选地，全浸时间为1-2小时。优选地，所述一层或多层碳原子的设置方式为使用石墨棒在双通AAO模板一侧的通孔开口处进行均匀的划涂。一种连续传导LATP固态电解质，其特征在于，LATP纳米颗粒从双通AAO模板一端，沿AAO模板的孔内壁朝另一端致密生长形成连续的锂离子快速传导路径，能够显著提升离子电导率，所述LATP纳米颗粒粒径均匀，直径为20–30nm；所述LATP纳米颗粒未完全将AAO模板的孔径填充满，形成原子尺寸的间隙；所述AAO模板的另一端与锂金属负极直接接触，原子尺寸的间隙能避免LATP与负极锂金属的接触引起的副反应又能够确保锂离子的跃迁传输。一种使用连续传导LATP固态电解质的锂离子电池，其特征在于，正极和锂金属负极间为使用AAO模板作为骨架的LATP纳米线，其中AAO模板一端与正极，AAO模板的另一端与锂金属负极直接接触，AAO模板孔径中的LATP纳米线的一端与正极直接接触，另一端与锂金属负极直接存在原子尺寸的间隙。本专利技术的有益效果是：提供了一种连续传导LATP固态电解质和制备方法及其使用该固态电解质的锂离子电池，避免了LATP和锂金属负极之间直接接触引发的严重副反应。本专利技术通过设置一层或多层碳原子，通过碳原子的氧化，获得了原子尺寸的间隙，不仅避免了LATP与锂金属负极的直接接触，更大大提高了锂离子的迁移率。具体实施方式为了使本专利技术的目的，技术方案及优点更加清楚明白，下面通过实施例进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，但本专利技术的内容并非局限于此。[实施例]一种具有空气间隙固态电解质制备方法，包含以下步骤：步骤1，制备Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3前驱体溶液；将硝酸锂，九水合硝酸铝，磷酸按照化学计量比分别溶于5ml无水乙醇中，为防止九水合硝酸铝水解，滴加少量滴硝酸，搅拌30min后，将硝酸锂滴加到九水合硝酸铝中,所得溶液记为溶液A。钛酸异丙酯按照化学计量比溶于5ml无水乙醇中，将溶液A缓慢滴加到钛酸异丙酯中，所得溶液记为溶液B，最后将磷酸滴入溶液B中，所得溶液即为制备的LATP前驱体溶液。步骤2，预处理AAO模板：称取一定质量的AAO模板，在200°C加热状态下去除水蒸气和杂质，冷却。步骤3，将步骤2获得的双通AAO模板全浸入步骤1制备的LATP前驱体溶液中，全浸时间为1-2小时，确保双通AAO模板的孔中吸附满LATP前驱体溶液；步骤4，使用石墨棒在双通AAO模板一侧的通孔开口处进行均匀的划涂，在双通AAO模板一侧的通孔开口处设置一层或多层碳原子。步骤5，氮气气氛下，通入适量氧气，500-600oC煅烧AAO模板4-6小时后冷却。步骤6，再次在氮气气氛下750-800oC下煅烧15h，提高LATP纳米颗粒粒径均匀性，自然冷却后取出，即可得到在AAO模板孔道中距离顶部具有原子尺寸间隙的连续传导固态电解质。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双通AAO模板固态电解质中原子尺寸间隙的制备方法，包含以下步骤：/n步骤1，制备LATP （Li

【技术特征摘要】
1.一种双通AAO模板固态电解质中原子尺寸间隙的制备方法，包含以下步骤：
步骤1，制备LATP（Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3）前驱体溶液；
步骤2，双通AAO模板预处理：常压下，对AAO模板加热，去除双通AAO模板中的水蒸气和杂质后冷却；
步骤3，全浸后毛细作用充分吸附：将步骤2获得的双通AAO模板全浸入步骤1制备的LATP前驱体溶液中，确保双通AAO模板的孔中吸附满LATP前驱体溶液；
步骤4，将吸附满LATP前驱体溶液的双通AAO模板取出后，在双通AAO模板一侧的通孔开口处设置一层或多层碳原子；
步骤5，通氧退火；氮气保护下，对经过上述步骤4处理的双通AAO模板进行退火，退火过程中通入少量的氧气，双通AAO模板一侧的通孔开口处设置的一层或多层碳原子被氧化成二氧化碳，在双通AAO模板一侧形成具有原子尺寸间隙的连续传导LATP固态电解质。


2.如权利要求1所述的一种双通AAO模板固态电解质中原子尺寸间隙的制备方法，其特征在于，间隙的长度为30-150个原子尺寸。


3.如权利要求2所述的一种双通AAO模板固态电解质中原子尺寸间隙的制备方法，其特征在于，全浸时间为1-2小时。


4.如权利要求3所述的一种双通AAO模板固态电解质中原子尺寸间隙的制备方法，其特征在于，所述一层或多层碳原子的设置方式为使用石墨棒在双通AAO模板一侧的通孔开口处进行均匀的划涂。


5.一种具有空气间隙固态电解质制备方法，包含以下步骤：
步骤1，制备Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3前驱体溶液；将硝酸锂，九水合硝酸铝，磷酸按照化学计量比分别溶于5ml无水乙醇中，为防止九水合硝酸铝水解，滴加少量滴硝酸，搅拌30min后，将硝酸锂滴加到九水合硝酸铝中,所得溶液记为溶液A,钛酸异丙酯按照化学计量比溶于5ml无水乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵慧玲，郜蒙蒙，白莹，郁彩艳，尹延锋，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：河南;41