磷酸钛铝锂固态电解质及其制备方法、锂离子电池和电子设备技术

技术编号：40163840 阅读：17 留言：0更新日期：2024-01-26 23:36

本申请提供一种磷酸钛铝锂固态电解质及其制备方法、锂离子电池和电子设备，该制备方法包括：将硫酸氧钛、磷酸与纳米氧化铝混合，通过复分解反应在纳米氧化铝的表面形成含Ti<subgt;3</subgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;4</subgt;的包覆层，制备包覆物，其中，包覆层将纳米氧化铝完全包覆或部分包覆；将含有包覆物与锂源的混合物进行烧结处理，制备磷酸钛铝锂固态电解质。本申请提供的制备方法在降低制备工艺复杂性的同时，还可降低制备产物的粒径、实现制备产物的纳米化，并提升粒径分布的均匀性，以及减少产物中的杂相，提升材料性能。

全部详细技术资料下载

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及电化学，特别是涉及一种磷酸钛铝锂固态电解质及其制备方法、锂离子电池和电子设备。

技术介绍

1、传统锂离子电池由于电解液具有易燃易爆的特性，存在较大的安全隐患。和传统的液体电解液相比，固态电解质具有低的可燃性、高的热稳定性、无泄漏、低爆炸危险等优点，从而能大大改善锂离子电池的安全性能。因此固态电解质的研究受到了广泛关注。

2、nasicon结构的固态电解质因其结构稳定，离子电导率高，自发现以来便受到了广泛关注，其中li1.3al0.3ti1.7(po4)3电导率最高，电化学稳定性好、原料成本低廉等而获得广泛研究。一般合成磷酸钛铝锂(latp)的方法可以分为液相法和固相法。其中，液相法的优势在于合成产物粒径较小，但是工艺通常较为复杂、能耗高并且耗时长。固相法虽然工艺较为简单，但合成的产物存在粒径偏大且分布不均匀的问题，而且产物中还会有杂相的产生，影响材料的性能。

技术实现思路

1、基于此，本申请提供一种磷酸钛铝锂固态电解质及其制备方法、锂离子电池和电子设备，该制备方法在降低制备工艺复杂性的同时，还可降低制备产物的粒径、实现制备产物的纳米化，并提升粒径分布的均匀性，以及减少产物中的杂相，提升材料性能。

2、本申请的第一方面提供了一种磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，包括：

3、将硫酸氧钛、磷酸与纳米氧化铝混合，通过复分解反应在所述纳米氧化铝的表面形成含ti3(po4)4的包覆层，制备包覆物，其中，所述包覆层将所述纳米氧化铝完全包覆或部分包覆；</p>

4、将含有所述包覆物与锂源的混合物进行烧结处理，制备所述磷酸钛铝锂固态电解质。

5、在本申请的一些实施方式中，所述硫酸氧钛、所述磷酸与所述纳米氧化铝的质量比为(9～65):(7～50):1。

6、在本申请的一些实施方式中，所述纳米氧化铝的平均粒径d501为80nm～150nm。

7、在本申请的一些实施方式中，所述方法满足如下条件中的至少一者：

8、(1)所述复分解反应的温度为40℃～60℃，可选为50℃～60℃；

9、(2)所述烧结处理的温度为600℃～900℃，可选为750℃～850℃；

10、(3)所述烧结处理的保温时间为3h～9h，可选为6h～9h；

11、(4)所述烧结处理的烧结气氛包括空气。

12、在本申请的一些实施方式中，满足如下条件中的至少一者：

13、(1)所述锂源包括氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂、氧化锂和磷酸二氢锂中的一种或多种；

14、(2)所述包覆物与所述锂源的质量比为(3～10):1，可选为(5～8):1。

15、在本申请的一些实施方式中，所述混合物中还包含磷源；

16、可选地，所述磷源与所述包覆物的质量比为1:(2～12)，可选为1:(7～10)；

17、可选地，所述磷源包括磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和磷酸二氢锂中的一种或多种。

18、本申请的第二方面提供了一种磷酸钛铝锂固态电解质，根据本申请第一方面所述的制备方法制得。

19、在本申请的一些实施方式中，所述磷酸钛铝锂固态电解质满足如下条件中的至少一者：

20、(1)所述磷酸钛铝锂固态电解质满足分子式li1+xalxti2-x(po4)3，0.1≤x≤0.5；

21、(2)所述磷酸钛铝锂固态电解质的平均粒径d502为100nm～200nm。

22、本申请的第三方面提供了一种锂离子电池，包括本申请第二方面所述的磷酸钛铝锂固态电解质。

23、本申请的第四方面提供了一种电子设备，包括本申请第三方面所述的锂离子电池。

24、本申请提供的上述制备方法工艺简单、能耗相对较低，其通过以纳米氧化铝为核，能够促进制备产物的纳米化，使产物的粒径保持在相对较低的水平；同时，形成的含ti3(po4)4的包覆层，对烧结过程中颗粒的均匀性和纳米化起至关重要的作用，该包覆层有利于提升产物粒径分布的均匀性并抑制粒径的生长，使粒径始终保持相对较低，并能减少烧结过程中杂相的产生，提升制备产物的性能。

本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸氧钛、所述磷酸与所述纳米氧化铝的质量比为(9～65):(7～50):1。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述纳米氧化铝的平均粒径D501为80nm～150nm。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述方法满足如下条件中的至少一者：

5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，满足如下条件中的至少一者：

6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述混合物中还包含磷源；

7.一种磷酸钛铝锂固态电解质，其特征在于，根据权利要求1-6任一项所述的制备方法制得。

8.根据权利要求7所述的磷酸钛铝锂固态电解质，其特征在于，所述磷酸钛铝锂固态电解质满足如下条件中的至少一者：

9.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求7或8所述的磷酸钛铝锂固态电解质。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求9所述的锂离子电池。

【技术特征摘要】

1.一种磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸氧钛、所述磷酸与所述纳米氧化铝的质量比为(9～65):(7～50):1。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述纳米氧化铝的平均粒径d501为80nm～150nm。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述方法满足如下条件中的至少一者：

5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，满足如下条件中...

【专利技术属性】
技术研发人员：嵇书伟，陈涛，史洋，王艺睿，楚志颖，周剑光，
申请(专利权)人：中汽创智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人