【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固态电池，涉及一种磷酸钛铝锂固态电解质及其制备方法和应用。
技术介绍
1、锂离子固态电池以其容量高、安全性能好而吸引到电池行业内的关注和研究，固态电池的关键材料之一为固态电解质，目前行业内在研的固态电解质大致可以分为三类：硫化物类、无机氧化物类和聚合物类。其中硫化物类离子电导率最高，但生产和应用难度较高，而聚合物类离子电导率较低，上述两种电解质短期内均难以应用市场。无机氧化物固态电解质具有离子电导率较高、机械强度好和制备简单的优点，是短期内最可能应用的固态电解质。
2、latp(li1+xalxti2-x(po4)3)是氧化物固态电解质中研究得较多的一种材料，属于liti2(po4)3衍生的nasicon结构(liti2(po4)3简称ltp)。通过共享o原子，tio6八面体与po4四面体连接，形成一个三维框架。在ltp中，由于ti4+部分被al3+取代，获得的latp具有结构良好的骨架，有利于li+的快速迁移。
3、其制备方法包括固相烧结法、溶胶凝胶法或电化学制备法。如cn111180703a通过将钛酸四正丁酯、九水合硝酸铝、磷酸二氢铵和二水合乙酸锂溶于无水乙醇中，将溶液搅拌至无水乙醇全部挥发，得到干燥的粉末，再将得到的干燥粉末加热，得到了latp粉末。cn111233458a公开了一种磷酸钛铝锂固体电解质材料及其制备方法，制备方法具体包括：(1)将可溶性铝盐和沉淀剂按摩尔比为1:1.5-2的比例混合溶于水，得到混合溶液；再将该混合溶液置于反应釜中加热，产物经过滤、洗涤，烘干，得到aloo
4、然而目前latp材料仍存在晶界电导率较低、电解质脆性大并且与电池正负极材料接触产生较大界面电阻等问题。
5、掺杂作为一种常用的改变材料晶体结构的方法，在固态电解质的改性研究中发挥着重要作用，比如硅(journal of power sources,2009,189:371-377)的掺杂。然而其提升效果有效。
6、因此，如何有效地提升磷酸钛铝锂固态电解质，同时元素均匀分布，无偏析现象产生，是亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种磷酸钛铝锂固态电解质及其制备方法和应用。本专利技术通过硼与其他掺杂元素(铌和/或锌)的协同配合，实现了磷酸钛铝锂固态电解质离子电导率的明显提升，且降低了制备过程中的烧结温度，降低了生产能耗。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种磷酸钛铝锂固态电解质，所述磷酸钛铝锂固态电解质中掺杂有第一掺杂元素和第二掺杂元素；其中，所述第一掺杂元素包括硼，第二掺杂元素包括铌和/或锌。
4、本专利技术提供的磷酸钛铝锂固态电解质，硼与其他掺杂元素(铌和/或锌)协同配合，实现了离子电导率的大幅提升，使得固态电解质材料具备更加优异的电化学性能。
5、本专利技术中，如果不含有第一掺杂元素，仅仅包括第二掺杂元素(铌和/或锌)，则无法实现降低烧结温度的作用；而如果只含有第一掺杂元素，不含有第二掺杂元素，即纯硼掺杂，无法解决离子电导率较低的问题；即本专利技术中，第一掺杂元素(硼)与第二掺杂元素(铌和/或锌)必须协同配合，缺一不可，才能实现降低能耗的同时大幅提升离子电导率的目的。
6、第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
7、将磷源、钛源、铝源、锂源、第一掺杂源、第二掺杂源和溶剂混合，烧结，得到所述磷酸钛铝锂固态电解质；
8、其中，所述第一掺杂源包括硼源，第二掺杂源包括铌源和/或锌源。
9、本专利技术提供的制备方法中，第一掺杂源即可作为掺杂源，还可作为助熔剂，和第二掺杂源协同配和，降低了烧结温度，从而降低了生产能耗，且通过简单的固相烧结，即可得到结构稳定，掺杂元素分布均匀，离子电导率优异的磷酸钛铝锂固态电解质。
10、优选地，以磷源、钛源、铝源、锂源和第二掺杂源的总质量为100％计，所述第一掺杂源的加入量为1～2％，例如1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％或2％等。
11、本专利技术中，第一掺杂源的加入量过少，无法实现降低烧结温度的作用；而过多，又会导致材料出现大量杂相，影响材料的离子电导率。
12、优选地，所述硼源包括含硼氧化物。
13、优选地，所述含硼氧化物包括三氧化二硼、偏硼酸锂或四硼酸锂中的任意一种或至少两种的组合。
14、优选地，以磷源、钛源、铝源和锂源的总质量为100％计，所述第二掺杂源的加入量为1～5％，例如1％、1.3％、1.5％、1.8％、2％、2.3％、2.5％、2.8％、3％、3.3％、3.5％、3.8％、4％、4.3％、4.5％、4.8％或5％等。
15、本专利技术中，第二掺杂源的加入量过少，不利于材料离子电导率的大幅提升；而过多，又会导致材料出现大量杂相，影响材料的离子电导率。
16、且本专利技术中第一掺杂源的加入量与第二掺杂源的加入量协同配合，可更好地实现降低能耗的同时大幅提升离子电导率的目的。
17、优选地，所述混合包括：
18、将磷源和溶剂进行第一混合，然后加入钛源、铝源、锂源、第一掺杂源和第二掺杂源进行第二混合。
19、在另一个优选的技术方案中，也可将除锂源外的其他原料先混合，得到前驱体材料，然后再加入锂源进行混合。
20、优选地，所述第一混合的时间为1～4h，例如1h、2h、3h或4h等。
21、优选地，所述第二混合的时间为4～10h，例如4h、5h、6h、7h、8h、9h或10h等。
22、优选地，将所述混合后的物质进行干燥和筛分。
23、优选地，所述干燥的温度为70～120℃，例如70℃、80℃、90℃、100℃、110℃或120℃等。
24、优选地，所述筛分的筛孔尺寸为50～400目，例如50目、100目、200目、300目或400目等。
25、优选地，所述烧结包括依次进行第一烧结和第二烧结。
26、优选地，所述第一烧结的升温速率为1～5℃/min，例如1℃/min、2℃/min、3℃/min、4℃/min或5℃/min等。
27、优选地，所述第一烧结的温度为500～700℃，例如500℃、550℃、600℃、650℃或700℃等。
28、优选地，所述第一烧结的时间为3～6h，例如3h、4h、5h或6h等。
29、优选地，所述第二烧结的升温速率为1～3℃/mi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，其特征在于，所述磷酸钛铝锂固态电解质中掺杂有第一掺杂元素和第二掺杂元素；其中，所述第一掺杂元素包括硼，第二掺杂元素包括铌和/或锌。
2.一种如权利要求1所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，以磷源、钛源、铝源、锂源和第二掺杂源的总质量为100％计，所述第一掺杂源的加入量为1～2％。
4.根据权利要求2或3所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，所述硼源包括含硼氧化物；
5.根据权利要求2-4任一项所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，以磷源、钛源、铝源和锂源的总质量为100％计，所述第二掺杂源的加入量为1～5％。
6.根据权利要求2-5任一项所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，所述混合包括：
7.根据权利要求2-6任一项所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，将所述混合后的物质进行干燥和筛分；
8.根据权利要求2-7
9.根据权利要求2-7任一项所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
10.一种锂离子固态电池，其特征在于，所述锂离子固态电池中包括如权利要求1所述的磷酸钛铝锂固态电解质。
...【技术特征摘要】
1.一种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中掺杂有第一掺杂元素和第二掺杂元素；其中，所述第一掺杂元素包括硼，第二掺杂元素包括铌和/或锌。
2.一种如权利要求1所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，以磷源、钛源、铝源、锂源和第二掺杂源的总质量为100％计，所述第一掺杂源的加入量为1～2％。
4.根据权利要求2或3所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，所述硼源包括含硼氧化物；
5.根据权利要求2-4任一项所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，以磷源、钛源、铝...
【专利技术属性】
技术研发人员：李庆龙，陈勃涛，李文强，张虎，朱卫泉，
申请(专利权)人：天津国安盟固利新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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