一种多层锂镧锆氧陶瓷电解质片的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多层锂镧锆氧陶瓷电解质片的制备方法，属于电化学领域，其包括六方氮化硼、滑石粉、锂基膨润土以及乙醇的制备原料。本申请制备的LLZTO电解质片表面光滑平整，隔离剂的喷涂层能均匀覆盖于生坯表面，薄且平整的涂层保证了超薄电解质片在高温烧结后表面光滑；各层电解质片之间无粘连，容易分离；隔离剂中的六方氮化硼和滑石粉在高温烧结时作为各层之间的优良润滑剂使得电解质片之间易于分离；另外，本申请制备的电解质片强度好，离子电导率高，隔离剂中的锂基膨润土，在高温烧结时作为额外锂源的补充，保证了锂氛围的稳定，促进LLZTO致密化，提高了强度的同时又使电解质片具有较高的离子电导率。解质片具有较高的离子电导率。解质片具有较高的离子电导率。

【技术实现步骤摘要】
一种多层锂镧锆氧陶瓷电解质片的制备方法


[0001]本专利技术涉及电化学领域，具体而言，涉及一种多层锂镧锆氧陶瓷电解质片的制备方法。

技术介绍

[0002]为了满足日益增长的消费电子和电动汽车对锂电池的需求，全固态锂电池以其优越的安全性和超高的能量密度，近年来引起了广泛关注。传统的含有有机液体电解质的锂电池表现出毒性、可燃性、腐蚀性和化学稳定性差严重安全问题。而使用固体电解质作取代电解液和隔膜可以从根本上消除上述安全问题。全固态锂电池按固态电解质种类不同分为三类：聚合物，氧化物和硫化物。氧化物固态电解质由于其较高的离子电导率和较好的机械强度得到了广泛的研究，其中以LLZTO研究最多。
[0003]现有氧化物固态电解质必须经过高温烧结，一般大于1100℃，致密化后，才能达到较高的离子电导率，应用于固态电池中。而在高温下锂挥发又非常严重，必须使用牺牲性的LLZTO保护粉才能够维持锂氛围，促进电解质片的致密化，且保护粉易与电解质片粘连，较难分离。电解质陶瓷片较厚时，可以通过切割，打磨等方式来处理，但效率低下。流延法制备的电解质膜带可以批量生产超薄陶瓷片，但粘连问题尤为突出，成为制约超薄LLZTO陶瓷片批量生产重要因素。使用传统的Al2O3，ZrO2等粉或剂依然无法改善粘连问题，且还会存在严重的吸锂问题。MgO粉做隔离剂有一定的改善作用，但依然不足以得到质量稳定，品质均一的超薄电解质片。

技术实现思路

[0004]基于此，为了解决现有技术中流延的超薄LLZTO电解质片在高温烧结时，使用锂镧锆氧保护粉会发生严重粘连，使陶瓷片表面凹凸不平，且无法分离的问题，本专利技术提供了一种多层锂镧锆氧陶瓷电解质片的制备方法，具体技术方案如下：一种多层锂镧锆氧陶瓷电解质片的制备方法，包括以下步骤：将锂基膨润土添加至乙醇溶液中，搅拌均匀，得到混合物；将六方氮化硼以及滑石粉分散于所述混合物中，混合均匀，配置得到隔离剂；将所述隔离剂喷涂在LLZTO生坯的两面；将若干个两面喷涂有隔离剂的LLZTO生坯进行堆叠处理，并夹在两块MgO承烧板之间，排胶处理，然后进行高温烧结，冷却至室温后得到表面平整光滑的LLZTO电解质片。
[0005]进一步地，按照质量百分比，所述隔离剂包括以下质量百分比的制备原料：六方氮化硼5%~15%、滑石粉20%~50%、锂基膨润土1%~10%、乙醇40%~60%。
[0006]进一步地，所述六方氮化硼的粒径为0.3μm ~10μm。
[0007]进一步地，所述滑石粉的粒径为0.3μm ~10μm。
[0008]进一步地，所述排胶处理的温度为650℃~750℃，排胶处理的时间为1h~3h。
[0009]进一步地，所述高温烧结的条件为：以2℃/min ~5℃/min的升温速率升温至1100
℃~1200℃，保温2h~4h。
[0010]进一步地，所述LLZTO电解质片的厚度为50~150μm。
[0011]上述方案中制备的LLZTO电解质片表面光滑平整，隔离剂的喷涂层能均匀覆盖于生坯表面，薄且平整的涂层保证了超薄电解质片在高温烧结后表面光滑；各层电解质片之间无粘连，容易分离；隔离剂中的六方氮化硼和滑石粉在高温烧结时作为各层之间的优良润滑剂使得电解质片之间易于分离；另外，本申请制备的电解质片强度好，离子电导率高，隔离剂中的锂基膨润土，在高温烧结时作为额外锂源的补充，保证了锂氛围的稳定，促进LLZTO致密化，提高了强度的同时又使电解质片具有较高的离子电导率。
附图说明
[0012]图1是本专利技术实施例1制备的LLZTO电解质片的高温烧结示意图。
[0013]附图标志说明：1.MgO承烧板；2.LLZTO生坯；3.MgO坩埚；4.隔离喷涂层。
具体实施方式
[0014]为了使得本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术的保护范围。
[0015]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语
“ꢀ
及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0016]本专利技术一实施例中的一种多层锂镧锆氧陶瓷电解质片的制备方法，包括以下步骤：将锂基膨润土添加至乙醇溶液中，搅拌均匀，得到混合物；将六方氮化硼以及滑石粉分散于所述混合物中，混合均匀，配置得到隔离剂；将所述隔离剂喷涂在LLZTO生坯的两面；将若干个两面喷涂有隔离剂的LLZTO生坯进行堆叠处理，并夹在两块MgO承烧板之间，排胶处理，然后进行高温烧结，冷却至室温后得到表面平整光滑的LLZTO电解质片。
[0017]在其中一个实施例中，按照质量百分比，所述隔离剂包括以下质量百分比的制备原料：六方氮化硼5%~15%、滑石粉20%~50%、锂基膨润土1%~10%、乙醇40%~60%。
[0018]本申请的隔离剂中，六方氮化硼是一种具有原子键呈平行状的层片状结构，各层间距较小，受剪切应力作用时，很容易在层间发生滑移，从而具有优异的润滑性能。在空气中1000℃以下，各种物理化学性质基本保持不变，具有很好的耐高温和化学稳定性。滑石粉的主要成分是含水的硅酸镁。晶体呈假六方或菱形的片状。与六方氮化硼相似的层状结构赋予其优秀的润滑性能。滑石粉的耐火度达1500℃，两种成分协同作用，弥补了六方氮化硼在空气中的耐热性不足。另外，膨润土具有强的吸湿性和膨胀性，在介质中能分散成胶凝状和悬浮状，这种介质溶液具有一定的黏滞性、触变性和润滑性；锂基膨润土是采用天然膨润
土经碳酸锂改性而成，在水和极性有机溶剂如乙醇中均能溶解成胶体使涂料的粘度增强。适用于耐火基料涂料作增稠剂、悬浮稳定剂，使涂料粘度增大并在基料粒子表面形成溶剂化薄膜及立体网络结构以支撑和阻止颗粒下沉。且锂基膨润土在高温下可作为额外的锂源来补偿LLZTO烧结时的锂挥发问题，能有效促进超薄陶瓷片的致密化。
[0019]在其中一个实施例中，所述六方氮化硼的粒径为0.3μm ~10μm。
[0020]在其中一个实施例中，所述滑石粉的粒径为0.3μm ~10μm。
[0021]在其中一个实施例中，所述排胶处理的温度为650℃~750℃，排胶处理的时间为1h~3h。
[0022]在其中一个实施例中，所述高温烧结的条件为：以2℃/min ~5℃/min的升温速率升温至1100℃~1200℃，保温2h~4h。
[0023]在其中一个实施例中，所述LLZTO电解质片的厚度为50~150μm，优选为80μm。
[0024]上述方案中制备的LLZTO电解质片表面光滑平整，隔离剂的喷涂层能均匀覆盖于生坯表面，薄且平整的涂层保证了超薄电解质片在高温烧结后表面光滑；各层电解质片之间无粘连，容易分离；隔离剂中的六方氮化硼和滑石粉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层锂镧锆氧陶瓷电解质片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将锂基膨润土添加至乙醇溶液中，搅拌均匀，得到混合物；将六方氮化硼以及滑石粉分散于所述混合物中，混合均匀，配置得到隔离剂；将所述隔离剂喷涂在LLZTO生坯的两面；将若干个两面喷涂有隔离剂的LLZTO生坯进行堆叠处理，并夹在两块MgO承烧板之间，排胶处理，然后进行高温烧结，冷却至室温后得到表面平整光滑的LLZTO电解质片。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按照质量百分比，所述隔离剂包括以下质量百分比的制备原料：六方氮化硼5%~15%、滑石粉20%~50%、锂基膨润土1%~10%、乙醇4...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亭，杨文科，
申请(专利权)人：佛山华南新材料研究院，
类型：发明
国别省市：