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一种固态电解质及全固态锂金属电池的快速烧结制备方法

更新时间:2024-07-01
一种固态电解质及全固态锂金属电池的快速烧结制备方法 专利申请类型:发明专利;
源自:上海高价值专利检索信息库;

专利名称:一种固态电解质及全固态锂金属电池的快速烧结制备方法

专利类型:发明专利

专利申请号:CN202111564753.1

专利申请(专利权)人:上海科技大学
权利人地址:上海市浦东新区华夏中路393号

专利发明(设计)人:刘巍,陈邵杰,聂璐

专利摘要:本发明涉及电池技术领域,特别是涉及一种固态电解质及全固态锂金属电池的快速烧结制备方法。固态电解质的制备方法包括如下步骤:1)将电解质粉体压制成电解质粉饼;2)采用炭黑包覆步骤1)所提供的电解质粉饼获得第一包覆体;3)将步骤2)所提供的第一包覆体在微波条件下加热,冷却后分离炭黑,以提供固态电解质。本发明能够非常快速地制备陶瓷电解质和全固态锂金属电池。

主权利要求:
1.一种固态电解质的制备方法,所述方法包括如下步骤:
1)将电解质粉体压制成电解质粉饼;
2)采用炭黑包覆步骤1)所提供的电解质粉饼获得第一包覆体;
3)将步骤2)所提供的第一包覆体在微波条件下加热,冷却后分离炭黑,以提供固态电解质。
2.如权利要求1所述的固态电解质的制备方法,其特征在于,还包括如下特征的任一项或多项:A1)步骤1)中,所述电解质粉体选自石榴石型固体电解质粉末、磷酸钛铝锂、NASICON型锂/钠离子导体中的一种或多种的组合;
A2)步骤1)中,所述电解质粉体压制过程中的压力为100‑400MPa;压制时间为1~5分钟。
3.如权利要求2所述的固态电解质的制备方法,其特征在于,所述石榴石型固体电解质粉末选自Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12。
4.如权利要求1所述的固态电解质的制备方法,其特征在于,还包括如下特征的任一项或多项:B1)步骤3)中,所述微波条件下的加热温度为700℃‑1500℃;功率为600‑1200W;加热时间为10‑120秒;
B2)步骤3)中,冷却至室温。
5.一种固态电解质,采用如权利要求1~4任一项权利要求所述的固态电解质的制备方法制备获得。
6.一种全固态锂金属电池,包括如权利要求5所述的固态电解质。
7.一种全固态锂金属电池的制备方法,所述方法包括如下步骤:a)将电解质粉体和电极粉体压制成电极‑电解质双层粉饼;
b)采用炭黑包覆步骤a)所提供的电极‑电解质双层粉饼获得第二包覆体;
c)将步骤b)所提供的第二包覆体在微波条件下加热,冷却后分离炭黑,以提供电极‑电解质双层结构;
d)将步骤c)所提供的电极‑电解质双层结构中电解质远离电极的一侧设置负极,以提供全固态锂金属电池。
8.如权利要求7所述的全固态锂金属电池的制备方法,其特征在于,还包括如下特征的任一项或多项:C1)步骤a)中,所述电解质粉体选自石榴石型固体电解质粉末、磷酸钛铝锂、NASICON型锂/钠离子导体中的一种或多种的组合;
C2)步骤a)中,所述电极粉体选自磷酸铁锂、钴酸锂、三元正极、Nb14W3O44、钛酸锂中的一种或多种的组合;
C3)步骤a)中,所述电解质粉体和电极粉体的质量比为1:10‑10:1;
C4)步骤a)中,所述电解质粉体和电极粉体压制过程中的压力为100‑400MPa;压制时间为1~5分钟。
9.如权利要求8所述的全固态锂金属电池的制备方法,其特征在于,所述石榴石型固体电解质粉末选自Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12。
10.如权利要求7所述的全固态锂金属电池的制备方法,其特征在于,还包括如下特征的任一项或多项:D1)步骤c)中,所述微波条件下的加热温度为700℃‑1500℃;功率为600‑1200W;加热时间为10‑120秒;
D2)步骤c)中,冷却至室温。
11.如权利要求7所述的全固态锂金属电池的制备方法,其特征在于,步骤d)中,负极选自锂金属、锂金属合金中的一种或多种的组合。
12.一种全固态锂金属电池,采用如权利要求7~11任一项权利要求所述的全固态锂金属电池的制备方法制备获得。 说明书 : 一种固态电解质及全固态锂金属电池的快速烧结制备方法技术领域[0001] 本发明涉及电池技术领域,特别是涉及一种固态电解质及全固态锂金属电池的快速烧结制备方法。背景技术[0002] 传统的锂离子电池由于存在着严重的安全隐患以及能量密度低等一系列缺点,使用固态电解质代替液态电解液的固态锂电池已成为极具潜力的新一代电池技术。其中固态电解质尤为重要,Li7La3Zr2O12(LLZO)石榴石型固体电解质由于具有较高的离子电导率、高的电化学稳定窗口以及对锂金属稳定等优势获得了来自学术界及工业界越来越多的关注。然而,通常需要高的烧结温度(>1150℃)和长的烧结时间(>12小时)才能获得致密的具有高离子电导率的LLZO陶瓷电解质片,这大大增加了工业化大规模生产该电解质片的难度,不仅增加了能耗,而且对于烧结设备也提出了更高的要求。此外,常规的电极‑电解质高温共烧结会引起严重的元素互扩散,导致差的电池性能。发明内容[0003] 鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种固态电解质及全固态锂金属电池的快速烧结制备方法,用于解决现有技术中的问题。[0004] 为实现上述目的及其他相关目的,本发明的第一方面提供所述方法包括如下步骤:[0005] 1)将电解质粉体压制成电解质粉饼;[0006] 2)采用炭黑包覆步骤1)所提供的电解质粉饼获得第一包覆体;[0007] 3)将步骤2)所提供的第一包覆体在微波条件下加热,冷却后分离炭黑,以提供固态电解质。[0008] 在本发明的一些实施方式中,步骤1)中,所述电解质粉体选自石榴石型固体电解质粉末、磷酸钛铝锂、NASICON型锂/钠离子导体中的一种或多种的组合;优选的,所述石榴石型固体电解质粉末选自Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12;[0009] 在本发明的一些实施方式中,步骤1)中,所述电解质粉体压制过程中的压力为100‑400MPa;压制时间为1~5分钟。[0010] 在本发明的一些实施方式中,步骤3)中,所述微波条件下的加热温度为700℃‑1500℃;功率为600‑1200W;加热时间为10‑120秒。[0011] 在本发明的一些实施方式中,步骤3)中,冷却至室温。[0012] 本发明另一方面提供一种固态电解质,采用如本发明前述的固态电解质的制备方法制备获得。[0013] 本发明另一方面提供一种全固态锂金属电池,包括如本发明前述的固态电解质。[0014] 本发明另一方面提供一种全固态锂金属电池的制备方法,所述方法包括如下步骤:[0015] a)将电解质粉体和电极粉体压制成电极‑电解质双层粉饼;[0016] b)采用炭黑包覆步骤a)所提供的电极‑电解质双层粉饼获得第二包覆体;[0017] c)将步骤b)所提供的第二包覆体在微波条件下加热,冷却后分离炭黑,以提供电极‑电解质双层结构;[0018] d)将步骤c)所提供的电极‑电解质双层结构中电解质远离电极的一侧设置负极,以提供全固态锂金属电池。[0019] 在本发明的一些实施方式中,步骤a)中,所述电解质粉体选自石榴石型固体电解质粉末、磷酸钛铝锂、NASICON型锂/钠离子导体中的一种或多种的组合;优选的,所述石榴石型固体电解质粉末选自Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12。[0020] 在本发明的一些实施方式中,步骤a)中,所述电极粉体选自磷酸铁锂、钴酸锂、三元正极、Nb14W3O44、钛酸锂中的一种或多种的组合。[0021] 在本发明的一些实施方式中,步骤a)中,所述电解质粉体和电极粉体的质量比为1:10‑10:1。[0022] 在本发明的一些实施方式中,步骤a)中,所述电解质粉体和电极粉体压制过程中的压力为100‑400MPa;压制时间为1~5分钟。[0023] 在本发明的一些实施方式中,步骤c)中,所述微波条件下的加热温度为700℃‑1500℃;功率为600‑1200W;加热时间为10‑120秒。[0024] 在本发明的一些实施方式中,步骤c)中,冷却至室温。[0025] 在本发明的一些实施方式中,步骤d)中,负极例如可以是锂金属、锂金属合金中的一种或多种的组合。[0026] 本发明另一方面提供一种全固态锂金属电池,采用如本发明前述的全固态锂金属电池的制备方法制备获得。[0027] 与现有技术相比,本发明取得的有益效果为:[0028] 本发明能够非常快速地制备陶瓷电解质和全固态锂金属电池。本发明采用具有良好微波吸收能力的炭黑来包覆电解质粉饼或者电极‑电解质双层粉饼,利用炭黑吸收微波快速放热的特点,能实现快速升温烧结的效果。超短的烧结时间可以避免电解质中易挥发性锂的损失,维持高的离子电导率。此外,超快速烧结可以避免电极电解质材料间的元素互扩散,实现良好的电池性能。附图说明[0029] 图1显示为本发明提供的快速烧结方法的示意图。[0030] 图2显示为本发明超快速烧结过程温度曲线及电解质微观形貌变化(I‑VI)。[0031] 图3显示为本发明超快速烧结制得的固体电解质片电化学性能。其中,3A:不同烧结时间的电解质片的阻抗;3B:不同烧结时间的电解质片的活化能;3C:不同烧结时间的电解质片的弛豫时间;3D:锂对称电池的极限电流密度;3E:锂对称电池的循环性能。[0032] 图4显示为本发明的超快速烧结制得的全固态锂金属电池的表征及电化学性能。4A:制备示意图;4B:电极‑电解质界面的电镜照片及相应的能谱照片;4C:充放电曲线;4D:循环性能。具体实施方式[0033] 以下,详细说明具体公开了一种固态电解质及全固态锂金属电池的快速烧结制备方法的实施方式。[0034] 本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定,给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的,选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的,并且可以进行任意地组合,即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如,如果针对特定参数列出了6‑12和8‑11的范围,理解为6‑11和8‑12的范围也是预料到的。此外,如果列出的最小范围值1和2,和如果列出了最大范围值3,4和5,则下面的范围可全部预料到:1‑3、1‑4、1‑5、2‑3、2‑4和2‑5。在本申请中,除非有其他说明,数值范围“x‑y”表示x到y之间的任意实数组合的缩略表示,其中x和y都是实数。例如数值范围“0‑3”表示本文中已经全部列出了“0‑3”之间的全部实数,“0‑3”只是这些数值组合的缩略表示。另外,当表述某个参数为≥2的整数,则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。[0035] 如果没有特别的说明,本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。[0036] 如果没有特别的说明,本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。[0037] 如果没有特别的说明,本申请的所有步骤可以顺序进行,也可以随机进行,优选是顺序进行的。例如,所述方法包括步骤(1)和(2),表示所述方法可包括顺序进行的步骤(1)和(2),也可以包括顺序进行的步骤(2)和(1)。例如,所述提到所述方法还可包括步骤(3),表示步骤(3)可以任意顺序加入到所述方法,例如,所述方法可以包括步骤(1)、(2)和(3),也可包括步骤(1)、(3)和(2),也可以包括步骤(3)、(2)和(1)等。[0038] 如果没有特别的说明,本申请所提到的“包括”和“包含”表示开放式,也可以是封闭式。例如,所述“包括”和“包含”可以表示还可以包括或包含没有列出的其他组分,也可以仅包括或包含列出的组分。[0039] 本发明第一方面提供一种固态电解质的制备方法,所述方法包括如下步骤:[0040] 1)将电解质粉体压制成电解质粉饼;[0041] 2)采用炭黑包覆步骤1)所提供的电解质粉饼获得第一包覆体;[0042] 3)将步骤2)所提供的第一包覆体在微波条件下加热,冷却后分离炭黑,以提供固态电解质。[0043] 本发明所提供的固态电解质的制备方法中,步骤1)是将电解质粉体压制成电解质粉饼。[0044] 本发明步骤1)中,所述电解质粉体选自石榴石型固体电解质粉末、磷酸钛铝锂、NASICON型锂/钠离子导体等中的一种或多种的组合。优选的,所述石榴石型固体电解质粉末选自钽掺杂的Ta‑LLZO、铝掺杂的Al‑LLZO等。更优选的,所述石榴石型固体电解质粉末选自Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12。[0045] 本发明步骤1)中,是通过固相法获得电解质粉体,具体方法是将组成电解质的原料通过球磨机进行球磨混合,然后在马弗炉中800~1000℃煅烧5~12小时。在一些实施例中,煅烧温度也可以为800~900℃、或900~1000℃等。煅烧时间为5~8小时、8~10小时、或10~12小时等。[0046] 本发明步骤1)中,所述电解质粉体压制过程中的压力可以为100‑400MPa、100‑200MPa、200‑300MPa、300‑400MPa、100‑250MPa、250‑400MPa。压制时间可以为1~5分钟、1~3分钟、3~5分钟、1~2分钟、2~3分钟、3~4分钟、或4~5分钟等。在前述条件下粉饼最为完整。[0047] 本发明步骤1)中,在一具体实施例中,将电解质粉体倒入模具中加以100‑400MPa的压力,保持1~5分钟,压制成电解质粉饼。[0048] 本发明所提供的固态电解质的制备方法中,步骤2)是采用炭黑包覆步骤1)所提供的电解质粉饼获得第一包覆体。[0049] 在一些实施例中,将电解质粉体置于铺有炭黑的坩埚中,坩埚例如可以是氧化铝坩埚,使用炭黑将电解质粉体完全覆盖后获得第一包覆体。在一具体实施例中,电解质粉体和炭黑之间的质量比为1:1~1:5。更具体的,电解质粉体和炭黑之间的质量比可以为1:1~1:5、1:1~1:3、或1:1~3:5等。[0050] 本发明所提供的固态电解质的制备方法中,步骤3)是将步骤2)所提供的第一包覆体在微波条件下加热,冷却后分离炭黑,以提供固态电解质。[0051] 本发明步骤3)中,所述微波条件下的加热温度为700℃‑1500℃、700‑1000℃、1000‑1100℃、1100‑1200℃、或1200‑1500℃等。功率可以为600‑1200W、600‑800W、800‑1000W、1000‑1200W、600‑700W、700‑800W、800‑900W、900‑1000W、1000‑1100W、或1100‑1200W等。微波加热时间可以为10‑120秒、10‑60秒、60‑120秒、10‑20秒、20‑30秒、30‑40秒、40‑50秒、50‑60秒、60‑70秒、70‑80秒、80‑90秒、90‑100秒、100‑110秒、或110‑120秒等。[0052] 本发明步骤3)中,加热完毕后,冷却至室温,室温例如可以是10~35℃、10~25℃、或25~35℃等。[0053] 本发明步骤3)中,将炭黑分离出来的具体方法为使用无尘纸擦去表面炭黑后使用砂纸打磨。[0054] 本发明第二方面提供一种固态电解质,采用如本发明所述的固态电解质的制备方法制备获得。[0055] 本发明第三方面提供一种全固态锂金属电池,包括如本发明所述的固态电解质。[0056] 本发明第四方面提供一种全固态锂金属电池的制备方法,所述方法包括如下步骤:[0057] a)将电解质粉体和电极粉体压制成电极‑电解质双层粉饼;[0058] b)采用炭黑包覆步骤a)所提供的电极‑电解质双层粉饼获得第二包覆体;[0059] c)将步骤b)所提供的第二包覆体在微波条件下加热,冷却后分离炭黑,以提供电极‑电解质双层结构;[0060] d)将步骤c)所提供的电极‑电解质双层结构中电解质远离电极的一侧设置负极,以提供全固态锂金属电池。[0061] 本发明所提供的全固态锂金属电池的制备方法中,步骤a)将电解质粉体和电极粉体压制成电极‑电解质双层粉饼。[0062] 本发明步骤a)中,所述电解质粉体选自石榴石型固体电解质粉末、磷酸钛铝锂、NASICON型锂/钠离子导体等中的一种或多种的组合。优选的,所述石榴石型固体电解质粉末选自钽掺杂的Ta‑LLZO、铝掺杂的Al‑LLZO等。更优选的,所述石榴石型固体电解质粉末选自Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12。[0063] 本发明步骤a)中,所述电极粉体选自磷酸铁锂、钴酸锂、三元正极、Nb14W3O44、钛酸锂等。三元正极材料例如可以是LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)。[0064] 本发明步骤a)中,所述电解质粉体和电极粉体的质量比为1:10‑10:1。在一些实施例中,所述电解质粉体和电极粉体的质量比也可以为1:5‑10:1、5:10‑10:1、1:10‑10:5、或1:10‑5:1等。[0065] 本发明步骤a)中,所述电解质粉体和电极粉体压制过程中的压力为100‑400MPa;压制时间为1~5分钟。在一些实施例中,压力也可以为100‑400MPa、100‑200MPa、200‑300MPa、300‑400MPa、100‑250MPa、250‑400MPa。压制时间可以为1~5分钟、1~3分钟、3~5分钟、1~2分钟、2~3分钟、3~4分钟、或4~5分钟等。前述条件下粉饼最为完整。[0066] 步骤a)中,在一具体实施例中,将电解质粉体和电极粉体依次倒入,确保后倒入的粉体均匀铺展即可倒入模具中加以100‑400MPa的压力,保持1‑5分钟,压制成电极‑电解质双层粉饼。[0067] 本发明所提供的全固态锂金属电池的制备方法中,步骤b)是采用炭黑包覆步骤a)所提供的电极‑电解质双层粉饼获得第二包覆体。[0068] 在一具体实施例中,将电极‑电解质双层粉饼置于铺有炭黑的坩埚中,坩埚例如可以是氧化铝坩埚,使用炭黑将电极‑电解质双层粉饼完全覆盖后获得第二包覆体。在一具体实施例中,电极‑电解质双层粉饼和炭黑之间的质量比为1:1~1:5。更具体的,电解质粉体和炭黑之间的质量比可以为1:1~1:5、1:1~1:3、或1:1~3:5等。[0069] 本发明所提供的全固态锂金属电池的制备方法中,步骤c)将步骤b)所提供的第二包覆体在微波条件下加热,冷却后分离炭黑,以提供电极‑电解质双层结构。[0070] 本发明步骤c)中,所述微波条件下的加热温度为700‑1500℃、700‑1000℃、1000‑1100℃、1100‑1200℃、或1200‑1500℃等。功率可以为600‑1200W、600‑800W、800‑1000W、1000‑1200W、600‑700W、700‑800W、800‑900W、900‑1000W、1000‑1100W、或1100‑1200W等。微波加热时间可以为10‑120秒、10‑60秒、60‑120秒、10‑20秒、20‑30秒、30‑40秒、40‑50秒、50‑60秒、60‑70秒、70‑80秒、80‑90秒、90‑100秒、100‑110秒、或110‑120秒等。[0071] 本发明步骤c)中,加热完毕后,冷却至室温,室温例如可以是10~35℃、10~25℃、或25~35℃等。[0072] 本发明步骤c)中,将炭黑分离出来的具体方法为使用无尘纸擦去表面炭黑后使用砂纸打磨。[0073] 本发明所提供的全固态锂金属电池的制备方法中,步骤d)是将步骤c)所提供的电极‑电解质双层结构中电解质远离电极的一侧设置负极,以提供全固态锂金属电池。[0074] 本发明步骤d)中,负极例如可以是锂金属、锂金属合金中的一种或多种的组合。[0075] 本发明第五方面提供一种全固态锂金属电池,采用如本发明所述的全固态锂金属电池的制备方法制备获得。[0076] 本发明的有益效果:[0077] 本发明能够非常快速地制备陶瓷电解质和全固态锂金属电池。本发明采用具有良好微波吸收能力的炭黑来包覆电解质粉饼或者电极‑电解质双层粉饼,利用炭黑吸收微波快速放热的特点,能实现快速升温烧结的效果。超短的烧结时间可以避免电解质中易挥发性锂的损失,维持高的离子电导率。此外,超快速烧结可以避免电极电解质材料间的元素互扩散,实现良好的电池性能。[0078] 以下结合实施例进一步说明本发明的有益效果。[0079] 为了使本发明的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰,以下结合实施例进一步详细描述本发明。但是,应当理解的是,本发明的实施例仅仅是为了解释本发明,并非为了限制本发明,且本发明的实施例并不局限于说明书中给出的实施例。实施例中未注明具体实验条件或操作条件的按常规条件制作,或按材料供应商推荐的条件制作。[0080] 此外应理解,本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤,除非另有说明;还应理解,本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置,除非另有说明。而且,除非另有说明,各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具,而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容的情况下,当亦视为本发明可实施的范畴。[0081] 在下述实施例中,所使用到的试剂、材料以及仪器如没有特殊的说明,均可商购获得。[0082] 实施例1[0083] 通过固相法获得Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12(LLZTO)电解质粉体。将组成LLZTO的原料氢氧化锂、氧化镧、氧化锆、氧化钽按照相应摩尔比通过球磨机进行球磨混合,然后在马弗炉中900℃煅烧6小时。[0084] 把电解质粉体倒入模具中加以100MPa的压力,保持2分钟,压制成电解质粉饼。将粉饼置于铺有炭黑的氧化铝坩埚中,并使用炭黑将粉饼完全覆盖。在800W的微波炉中1000℃温度下加热100秒。待冷却至室温后,分离炭黑和陶瓷电解质。两边喷金组成阻塞电池后,‑1测得其离子电导率为0.60mScm 。两边使用锂,在手套箱中组装成对称电池后,测得其极限‑2电流密度为0.46mAcm 。[0085] 离子电导率的测试方法为:两边喷金组成阻塞电池后,在Bio‑Logic电化学工作站上通过阻抗谱进行测试。其中,离子电导率的测试及计算方法为:σ=L/RS,其中σ表示离子电导率,L表示电解质的厚度,R表示电阻,S表示面积。[0086] 极限电流密度和循环的测试方法为:两边使用锂片,在手套箱中组装成锂对称电池后,在蓝电电池测试系统上进行测试。[0087] 从图3可以看出,图3A是不同烧结时间的电解质片的阻抗,从图3A中可以看出离子电导率随着烧结时间的增加而不断增加。[0088] 图3B是不同烧结时间的电解质片的活化能,从图3B可以的得出烧结时间越长的电解质片表现出越低的活化能。[0089] 图3C是不同烧结时间的电解质片的弛豫时间。从图3C可以的得出烧结时间越长的电解质片表现出越短的弛豫时间,具有更快的离子扩散速率。[0090] 图3D是锂对称电池的极限电流密度。从图3D可以的得出锂对称电池表现出高的极限电流密度。[0091] 图3E是锂对称电池的循环性能。从图3E可以看出在0.1mAcm‑2电流密度下可循环超过5000小时。[0092] 实施例2[0093] 把磷酸钛铝锂(LATP)电解质粉体倒入模具中加以100MPa的压力,保持2分钟,压制成电解质粉饼。将粉饼置于铺有炭黑的氧化铝坩埚中,并使用炭黑将粉饼完全覆盖。在800W的微波炉中1000℃温度下加热100秒。待冷却至室温后,分离炭黑和陶瓷电解质。两边喷金‑1组成阻塞电池后,测得其离子电导率为0.10mScm 。[0094] 实施例3[0095] 把NASICON型钠离子导体(NZSP)电解质粉体倒入模具中加以100MPa的压力,保持2分钟,压制成电解质粉饼。将粉饼置于铺有炭黑的氧化铝坩埚中,并使用炭黑将粉饼完全覆盖。在800W的微波炉中1000℃温度下加热100秒。待冷却至室温后,分离炭黑和陶瓷电解质。‑1两边喷金组成阻塞电池后,测得其离子电导率为0.19mScm 。[0096] 实施例4[0097] 通过固相法制备Nb14W3O44电极粉体。将氧化铌和氧化钨原料按照合成化合物的相应摩尔比通过球磨机混合后,在马弗炉中700℃加热12小时,然后升温到1200℃煅烧12小时。把电极粉体和电解质粉体(LATP)倒入模具中加以100MPa的压力,保持2分钟,压制成电极‑电解质双层粉饼。将粉饼置于铺有炭黑的氧化铝坩埚中,并使用炭黑将粉饼完全覆盖。在800W的微波炉中1000℃温度下加热100秒。待冷却至室温后,分离炭黑和材料。在电解质‑2一侧使用锂金属作为负极,制得全固态锂金属电池,测的其面容量为1.73mAhcm 。[0098] 面容量的测试方法为:将组装好的全固态锂金属电池在蓝电电池测试系统上进行‑2测试,电流密度设置为20μAcm ,电压范围为1‑3V。[0099] 图4中,图4A显示为本发明的超快速烧结制得的全固态锂金属电池的表征及电化学性能。[0100] 图4B为电极‑电解质界面的电镜照片及相应的能谱照片。从图4B可以得出通过超快速烧结,获得了良好无缝隙的电极‑电解质界面,元素分布表明没有发生元素互扩散现象。[0101] 图4C为本发明的超快速烧结制得的全固态锂金属电池的充放电曲线。从图4C可以的得出该全固态锂金属电池在室温下可以实现高的面积比容量。[0102] 图4D为本发明的超快速烧结制得的全固态锂金属电池的循环性能。从图4D可以的得出该全固态锂金属电池在室温下表现出较好的循环稳定性。[0103] 以上所述,仅为本发明的较佳实施例,并非对本发明任何形式上和实质上的限制,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明方法的前提下,还将可以做出若干改进和补充,这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化,均为本发明的等效实施例;同时,凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变,均仍属于本发明的技术方案的范围内。

专利地区:上海

专利申请日期:2021-12-20

专利公开日期:2024-06-18

专利公告号:CN114267873B

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