一种磷酸钛铝锂固态电解质及其制备方法与流程

本发明涉及固态电解质，尤其涉及一种磷酸钛铝锂固态电解质及其制备方法。

背景技术：

1、高温固相烧结法是众多制备nasicon型固态电解质方法中最常用也是最适合批量化生产的方法，将原材料按照比例球磨后置于坩埚中，在空气氛围中烧结成相。在烧结磷酸盐固态电解质中使用到无机磷酸盐如磷酸和磷酸铵盐等，此类盐在高温烧结过程中不可避免的产生磷酸，在较高温度下会腐蚀坩埚，造成最终产品粘接在坩埚中，不仅造成产品的浪费还会造成坩埚损坏，增加成本。此外，磷元素在高温下会发生交联反应，且磷酸盐最终转化为五氧化二磷，低熔点的五氧化二磷在高温下熔化。同时，原材料分解产生气体，导致粉体烧结过程中出现膨胀问题，大大降低产能，并且得到的最终材料出现结块需要额外进行破碎，增加了生产成本，降低生产效率。

2、针对产品粘接在坩埚中的问题，专利号cn111987347a使用分段烧结方式，使用两种容器解决粘接问题，但此类方法工艺繁琐耗能较高，并且第一容器内表面的涂层属于易耗品，增加额外成本，从而增加该方法实现工业化生产的难度。专利号cn113943151a通过制备新型烧结容器来解决粘接问题，但此类方法需要制备特殊的容器及涂层材料，工艺复杂，增加大量成本和生产时间，降低生产效率，增加了该方法拓展到工业化生产的难度。针对粉体烧结过程导致膨胀的问题，专利号cn114725492a在湿法磨砂过程中引入多元醇类缓凝剂，但此类方法主要作用机制是在液相磨砂过程中形成化合物保护膜或者络合物从而延缓水化反应的进行，使用范围不够；并且，目前还没有能够同时解决以上两个问题的方法。

3、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明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，旨在解决现有磷酸钛铝锂固态电解质制备过程中存在容器粘接产品以及产品膨胀的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，包括步骤：

4、将可碳化聚合物或多孔碳材料与锂源化合物、铝源化合物、钛源化合物、磷酸根源化合物、溶剂进行混合，得到混合物；

5、对所述混合物进行烘干处理，得到前驱体粉末；

6、将所述前驱体粉末依次进行预烧处理和煅烧处理，得到磷酸钛铝锂固态电解质。

7、所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其中，所述可碳化聚合物包括固体酸、有机聚合物中的一种或多种；所述多孔碳材料包括椰壳、花生壳、稻谷壳中的一种或多种。

8、所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其中，所述固体酸选自脂肪族的一元羧酸、脂肪族的二元羧酸、脂肪族的多元羧酸、芳香族有机酸中的一种或多种；所述有机聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈中的一种或多种。

9、所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其中，所述可碳化聚合物或所述多孔碳材料的质量占所述混合物总质量的0.1％-20％。

10、所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其中，所述烘干处理的温度为30℃-200℃；和/或，所述预烧处理的温度为150℃-500℃，所述预烧处理的时间为1h-5h。

11、所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其中，所述煅烧处理的温度为700℃-1000℃，所述煅烧处理的时间为2-20h。

12、所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其中，所述锂源化合物选自碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、氧化锂、草酸锂、碳酸氢锂、氯化锂、磷酸氢锂、磷酸锂中的一种或多种；和/或，所述铝源化合物选自硝酸铝、氢氧化铝、氧化铝、碳酸铝、磷酸二氢铝中的一种或多种。

13、所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其中，所述钛源化合物选自二氧化钛、钛酸四丁酯、氢氧化钛、氯化钛、正钛酸中的一种或多种；和/或，所述溶剂选自水、乙醇、nmp中的一种或多种。

14、所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其中，所述磷酸根源化合物选自磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸三铵、五氧化二磷中的一种或多种。

15、一种磷酸钛铝锂固态电解质，利用所述磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法制得。

16、有益效果：本发明提供一种磷酸钛铝锂固态电解质及其制备方法，该制备方法包括步骤：将可碳化聚合物或多孔碳材料与锂源化合物、铝源化合物、钛源化合物、磷酸根源化合物、溶剂进行混合，得到混合物；对所述混合物进行烘干处理，得到前驱体粉末；将所述前驱体粉末依次进行预烧处理和煅烧处理，得到磷酸钛铝锂固态电解质。本发明通过在制备磷酸钛铝锂固态电解质时的混料过程中加入可碳化聚合物或多孔碳材料作为添加剂，从而在不改变烧结流程和烧结容器的前提下解决了磷酸钛铝锂与容器的粘接问题；同时，添加剂的引入能够使产品在烧结过程中提高块料的孔隙率，加快烧制过程，产生的多孔结构可以有效的防止烧结过程中气体产生导致的粉体膨胀问题，并且烧结得到的材料为多孔结构，结块少，易于破碎。并且，高温烧结后，固体酸完全变成气体挥发不会造成杂相的产生。

技术特征：

1.一种磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，所述可碳化聚合物包括固体酸、有机聚合物中的一种或多种；所述多孔碳材料包括椰壳、花生壳、稻谷壳中的一种或多种。

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，所述固体酸包括脂肪族的一元羧酸、脂肪族的二元羧酸、脂肪族的多元羧酸、芳香族有机酸中的一种或多种；所述有机聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，所述可碳化聚合物或所述多孔碳材料的质量占所述混合物总质量的0.1％-20％。

5.根据权利要求1所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，所述烘干处理的温度为30℃-200℃；和/或，所述预烧处理的温度为150℃-500℃，所述预烧处理的时间为1h-5h。

6.根据权利要求1所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，所述煅烧处理的温度为700℃-1000℃，所述煅烧处理的时间为2-20h。

7.根据权利要求1所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，所述锂源化合物选自碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂、醋酸锂、氧化锂、草酸锂、碳酸氢锂、磷酸氢锂、磷酸锂中的一种或多种；和/或，所述铝源化合物选自硝酸铝、氢氧化铝、氧化铝、碳酸铝、磷酸二氢铝中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，所述钛源化合物选自二氧化钛、钛酸四丁酯、氢氧化钛、氯化钛、正钛酸中的一种或多种；和/或，所述溶剂选自水、乙醇、nmp、dmf、乙酰丙酮中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法，其特征在于，所述磷酸根源化合物选自磷酸、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸三铵、五氧化二磷中的一种或多种。

10.一种磷酸钛铝锂固态电解质，其特征在于，利用如权利要求1-9任一项所述的磷酸钛铝锂固态电解质的制备方法制得。

技术总结
本发明涉及固态电解质技术领域，尤其涉及一种磷酸钛铝锂固态电解质及其制备方法，该制备方法包括步骤：将可碳化聚合物或多孔碳材料与锂源化合物、铝源化合物、钛源化合物、磷酸根源化合物、溶剂进行混合并进行烘干处理，得到前驱体粉末；将前驱体粉末依次进行预烧处理和煅烧处理，得到磷酸钛铝锂固态电解质。本发明在制备磷酸钛铝锂固态电解质时加入可碳化聚合物或多孔碳材料作为添加剂，在不改变烧结流程和烧结容器的前提下解决磷酸钛铝锂与容器粘接问题；引入添加剂能够使产品在烧结过程中提高块料的孔隙率，加快烧制过程，产生的多孔结构可以有效的防止烧结过程中气体产生导致的粉体膨胀，并且烧结得到的材料为多孔结构，结块少，易于破碎。

技术研发人员：程俊,慈立杰,王预,魏游日,钟子扬
受保护的技术使用者：深圳索理德新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4