Ga-LLZO固体电解质及其晶粒异常长大的抑制方法技术

本发明专利技术提供了一种Ga

【技术实现步骤摘要】
Ga
‑
LLZO固体电解质及其晶粒异常长大的抑制方法


[0001]本专利技术涉及锂电池
，具体而言，涉及一种Ga
‑
LLZO固体电解质及其晶粒异常长大的抑制方法。

技术介绍

[0002]传统锂离子电池正在接近其能量极限，由于其采用的是液态有机电解质存在易燃易爆的风险，其在动力电池相关应用领域中安全性也受到了质疑。全固态锂电池采用固态电解质和锂金属负极具有更高的能量密度和更高的安全性，其取代传统的锂离子电池成为了未来的发展趋势。
[0003]固态电解质作为全固态锂电池的核心组成部分，需要具备综合优异的性能。近年来，具有石榴石型结构的陶瓷电解质具有良好的化学稳定性和离子电导率，成为众多类型电解质中的佼佼者。元素掺杂是石榴石型LLZO电解质的重要改性手段，其中Ga掺杂的LLZO电解质表现出了最高的锂离子电导率，然而其存在着晶粒异常长大的问题，导致Ga
‑
LLZO电解质易碎，限制了其在锂电池中的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的问题是现有技术中Ga掺杂的LLZO电解质具有高锂离子电导率，但晶粒异常粗大，晶粒质量较差，限制了其在锂电池中的应用。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种Ga
‑
LLZO固体电解质晶粒异常长大的抑制方法，包括如下步骤：
[0006]步骤S1，将Li2CO3、La2O3、ZrO2和Yb2O3按照化学式Li7La
2.7
Yb
0.3/>Zr2O
12
摩尔比称量，并进行一次球磨、干燥后，得到第一预混粉末，将所述第一预混粉末经煅烧、二次球磨、干燥后，得到LLYZO粉；
[0007]步骤S2，将Li2CO3、La2O3、ZrO2和Ga2O3按照化学式Li
6.25
Ga
0.25
La3Zr2O
12
摩尔比称量，并进行一次球磨、干燥后，得到第二预混粉末，将所述第二预混粉末经煅烧、二次球磨、干燥后，得到Ga
‑
LLZO粉；
[0008]步骤S3，将所述LLYZO粉和所述Ga
‑
LLZO粉混合并球磨干燥后得到复合母粉；
[0009]步骤S4，将所述复合母粉压力成型为片层结构，并经煅烧处理后，冷却至室温，得到晶粒细小且均匀的Ga
‑
LLZO固体电解质。
[0010]较佳地，步骤S3中，所述复合母粉中所述LLYZO粉的质量分数为40％
‑
50％。
[0011]较佳地，步骤S1和步骤S2中，所述一次球磨的过程包括：在球磨机中加入助磨剂，并以60
‑
80r/min的速度球磨22
‑
26h。
[0012]较佳地，所述助磨剂包括异丙醇和氧化锆。
[0013]较佳地，步骤S1和步骤S2中所述二次球磨以及步骤S3中所述球磨的过程包括：在球磨罐中，以450
‑
550r/min的速度行星球磨10
‑
14h。
[0014]较佳地，步骤S1、步骤S2和步骤S3中，所述干燥的过程包括：在55
‑
65℃的温度下干
燥5
‑
7小时。
[0015]较佳地，步骤S1中，所述煅烧的过程包括：将所述第一预混粉末在850
‑
950℃的条件下煅烧5
‑
7小时，再升温至1220
‑
1240℃保温0.4
‑
0.6h后，以4
‑
5℃/min的速度冷却至室温。
[0016]较佳地，步骤S4中，将所述复合母粉压力成型为片层结构包括：将所述复合母粉在180
‑
220MPa的压力下成型为直径12
‑
14mm的片层结构。
[0017]较佳地，步骤S4中，所述煅烧处理的过程包括：依次在980
‑
1020℃的温度下煅烧10h
‑
14h，在1030
‑
1070℃的温度下煅烧16h
‑
120h，在1090
‑
1130℃的温度下煅烧22h
‑
26h。
[0018]本专利技术所述的Ga
‑
LLZO固体电解质晶粒异常长大的抑制方法相较于现有技术的优势在于，本专利技术通过将LLYZO粉和所述Ga
‑
LLZO粉进行复合，可以引入第二相LiYbO2，抑制Ga
‑
LLZO固体电解质在烧制过程中晶界的迁移，从而抑制晶粒的长大，最终获得晶粒细小且均匀分布的Ga
‑
LLZO固体电解质，以提高其力学性能，且LLYZO粉和所述Ga
‑
LLZO粉的制备方法简单。
[0019]为解决上述技术问题，本专利技术还提供一种Ga
‑
LLZO固体电解质，通过所述的Ga
‑
LLZO固体电解质晶粒异常长大的抑制方法制备。
[0020]本专利技术所述的Ga
‑
LLZO固体电解质拥有更细小的晶粒和使用强度，有助于Ga
‑
LLZO固体电解质在实际中的应用。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例中Ga
‑
LLZO固体电解质晶粒异常长大的抑制方法流程图；
[0022]图2为本专利技术实施例中Ga
‑
LLZO固体电解质的XRD图；
[0023]图3为本专利技术对比例中Ga
‑
LLZO陶瓷电解质断口扫描电镜照片；
[0024]图4为本专利技术实施例中Ga
‑
LLZO固体电解质的断口扫描电镜照片。
具体实施方式
[0025]下面将结合附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、详尽地描述。
[0026]在本申请实施例的描述中，术语“一些实施例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本专利技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0027]如图1所示，本专利技术实施例提供一种Ga
‑
LLZO固体电解质晶粒异常长大的抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0028]步骤S1，将Li2CO3、La2O3、ZrO2和Yb2O3按照化学式Li7La
2.7
Yb
0.3
Zr2O
12
摩尔比称量，并进行一次球磨、干燥后，得到第一预混粉末，将所述第一预混粉末经煅烧、二次球磨、干燥后，得到LLYZO粉；
[0029]步骤S2，将Li2CO3、La2O3、ZrO2和Ga2O3按照化学式Li
6.25...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ga
‑
LLZO固体电解质晶粒异常长大的抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，将Li2CO3、La2O3、ZrO2和Yb2O3按照化学式Li7La
2.7
Yb
0.3
Zr2O
12
摩尔比称量，并进行一次球磨、干燥后，得到第一预混粉末，将所述第一预混粉末经煅烧、二次球磨、干燥后，得到LLYZO粉；步骤S2，将Li2CO3、La2O3、ZrO2和Ga2O3按照化学式Li
6.25
Ga
0.25
La3Zr2O
12
摩尔比称量，并进行一次球磨、干燥后，得到第二预混粉末，将所述第二预混粉末经煅烧、二次球磨、干燥后，得到Ga
‑
LLZO粉；步骤S3，将所述LLYZO粉和所述Ga
‑
LLZO粉混合并球磨干燥后得到复合母粉；步骤S4，将所述复合母粉压力成型为片层结构，并经煅烧处理后，冷却至室温，得到晶粒细小且均匀的Ga
‑
LLZO固体电解质。2.根据权利要求1所述的Ga
‑
LLZO固体电解质晶粒异常长大的抑制方法，其特征在于，步骤S3中，所述复合母粉中所述LLYZO粉的质量分数为40％
‑
50％。3.根据权利要求1所述的Ga
‑
LLZO固体电解质晶粒异常长大的抑制方法，其特征在于，步骤S1和步骤S2中，所述一次球磨的过程包括：在球磨机中加入助磨剂，并以60
‑
80r/min的速度球磨22
‑
26h。4.根据权利要求3所述的Ga
‑
LLZO固体电解质晶粒异常长大的抑制方法，其特征在于，所述助磨剂包括异丙醇和氧化锆。5.根据权利要求1所述的Ga
‑
LLZO固体电解质晶粒异常长大的抑制方法，其特征在于，步骤S1和步骤S2中所述二次球磨以及步骤S3中所述球磨的过...

【专利技术属性】
技术研发人员：何鹏，路富刚，王策，林盼盼，林铁松，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：