一种固态电解质材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及电池材料，特别涉及一种固态电解质材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着电子产品，电动汽车，新能源产业以及航空航天等领域的迅速发展，对能源储存与转换所用的电池在能量密度、稳定性以及安全性等方面提出了越来越高的要求。其中锂离子电池因其较高的能量密度，受到学者们的关注。而目前高能量密度的追求已越来越凸显出锂离子电池的安全性问题，因此发展或开发更高安全性的电池技术具有重要的战略意义。

2、nasicon结构具有良好的离子电导率、高理论容量和优异的安全特性，被认为是很有前途的电极材料，并且它还是一种零应变材料，可以抑制固体电解质界面的形成。

3、磷酸钛镁材料可以稳定地储存碱金属和碱土金属离，并拥有所有上述nasicon结构材料的优异特性，但是其也不可避免的在导电性方面表现不佳，导致其倍率性能差和循环衰减较大。

4、因此，研究如何改善磷酸钛镁材料的性能，以有效提高将其应用的电池的电化学性能，对未来能源的可持续发展具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明实施例提供的一种固态电解质材料及其制备方法和应用，通过将锂源材料、镁源材料、磷源材料和钛源材料通过一次烧结或分段式烧结的方法，获得nasicon型锂掺杂磷酸钛镁固态电解质材料；该固态电解质材料，锂元素的加入可以使材料保持nasicon型结构的同时，还有效提高材料的电导率和容量保持率，尤其可以提高电导率；该固态电解质材料可以作为锂离子电池的正极材料添加剂、负极材料添加剂和隔膜涂覆材料使用，使锂离子电池具有较高的电导率和容量保持率。

2、本发明提供的态电解质材料的制备方法为固相烧结法，该方法简单、快捷、易操作；有利于其大规模制备。

3、为此，第一方面，本发明实施例提供了一种固态电解质材料，所述固态电解质材料的化学通式为mg0.5lixti2-0.25x(po4)3，其中，0.2≤x≤0.42；

4、所述固态电解质材料的x射线衍射峰的角度为14.6°、20.6°、20.8°、24.4°、25.2°、25.6°、29.6°、32.4°、23.0°、36.6°。

5、优选的，所述固态电解质材料为nasicon型固态电解质；所述固态电解质材料的粒径dv50在0.3μm-2μm之间。

6、第二方面，本发明实施例提供了一种上述第一方面所述的固态电解质材料的制备方法，所述制备方法包括：

7、按化学计量比称取锂源材料、镁源材料、磷源材料和钛源材料,作为原料；

8、将原料置于混合机中，混合均匀，得到混合物料；

9、将混合物料进行烧结处理，得到块状的前驱体材料；

10、将前驱体材料进行第一次破碎处理，得到粒径dv50小于1mm的大颗粒固态电解质材料；

11、将大颗粒固态电解质进行第二次破碎处理，之后再进行砂磨处理，最终得到粒径dv50为0.3μm-2μm的固态电解质材料。

12、优选的，所述锂源材料包括：碳酸锂和/或氢氧化锂；所述锂源材料的粒径dv50为1μm-10μm；

13、所述镁源材料包括：氧化镁、碳酸镁、氢氧化镁、钛酸镁或磷酸镁中的一种或多种；所述镁源材料的粒径dv50为1μm-3μm；

14、所述钛源材料包括：二氧化钛和/或磷酸钛；所述钛源材料的粒径dv50为0.5μm-1μm；

15、所述磷源材料包括：五氧化二磷和/或磷酸二氢铵。

16、优选的，所述混合机的转速为1000rmp-3000rpm，混合时间为10min-30min。

17、优选的，所述烧结处理包括一段式烧结或分段式烧结。

18、进一步优选的，所述一段式烧结的温度为900℃-1000℃，烧结时间为20小时-48小时；

19、所述分段式烧结具体分为两段：第一段的烧结温度为500℃-600℃，烧结时间为10小时-15小时，第二段的烧结温度为850℃-1000℃，烧结时间为2小时-10小时。

20、优选的，所述第一次破碎处理的设备为颚式破碎机和/或对辊机；

21、所述第二次破碎处理的设备为盘式气流磨；

22、所述砂磨处理的设备为砂磨机。

23、第三方面，本发明实施例提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包含上述第一方面所述的固态电解质材料。

24、本发明实施例提供的一种固态电解质材料及其制备方法和应用，通过将锂源材料、镁源材料、磷源材料和钛源材料通过一次烧结或分段式烧结的方法，获得nasicon型锂掺杂磷酸钛镁固态电解质材料；该固态电解质材料，锂元素的加入可以使材料保持nasicon型结构的同时，还可以提高材料的电导率和容量保持率，尤其可以提高电导率；该固态电解质材料可以作为锂离子电池的正极材料添加剂、负极材料添加剂和隔膜涂覆材料使用，使锂离子电池具有较高的电导率和容量保持率。

25、本发明提供的态电解质材料的制备方法为固相烧结法，该方法简单、快捷、易操作；有利于其大规模制备。

技术特征：

1.一种固态电解质材料，其特征在于，所述固态电解质材料的化学通式为mg0.5lixti2-0.25x(po4)3，其中，0.2≤x≤0.42；

2.根据权利要求1所述的固态电解质材料，其特征在于，所述固态电解质材料为nasicon型固态电解质；所述固态电解质材料的粒径dv50在0.3μm-2μm之间。

3.一种上述权利要求1-2任一所述的固态电解质材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述锂源材料包括：碳酸锂和/或氢氧化锂；所述锂源材料的粒径dv50为1μm-10μm；

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述混合机的转速为1000rmp-3000rpm，混合时间为10min-30min。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述烧结处理包括一段式烧结或分段式烧结。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述一段式烧结的温度为900℃-1000℃，烧结时间为20小时-48小时；

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一次破碎处理的设备为颚式破碎机和/或对辊机；

9.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包含上述权利要求1-2任一所述的固态电解质材料。

技术总结
本发明公开了一种固态电解质材料及其制备方法和应用,该固态电解质材料的化学通式为Mg<subgt;0.5</subgt;Li<subgt;x</subgt;Ti<subgt;2‑0.25x</subgt;(PO<subgt;4</subgt;)<subgt;3</subgt;，其中，0.2≤x≤0.42；通过本发明制备方法制备得到的该固态电解质材料可以作为锂离子电池的正极材料添加剂、负极材料添加剂和隔膜涂覆材料使用，使锂离子电池具有较高的电导率和容量保持率。

技术研发人员：申彤,曹文卓,闫昭,李婷
受保护的技术使用者：宜宾南木纳米科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14