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专利号: 2020111658068
申请人: 广东东邦科技有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2025-12-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种Ga、Al共掺杂LLZO固体电解质,其特征在于,其结构表达式为Li7-3x-

3yAlyGaxLa3Zr2O12,其中0<x≤0.02,0<y≤0.04。

2.根据权利要求1所述的Ga、Al共掺杂LLZO固体电解质的制备方法,其特征在于该方法采Ga、Al共掺来制备具有立方相石榴石型锂镧锆氧(LLZO)氧化物固体电解质,包括以下步骤:S1:按照化学式Li7-3x-3yAlyGaxLa3Zr2O12,其中0<x≤0.02,0<y≤0.04分别称量一水合氢氧化锂(LiOH·H2O)、三氧化二镧(La2O3)、二氧化锆(ZrO2)、三氧化镓(Ga2O3)、三氧化铝(Al2O3)。

S2:将所述三氧化二镧在烧结,烧结完后与所述一水合氢氧化锂和所述二氧化锆混合,混合物中按比例添加三氧化镓、三氧化铝;

S3:将混合物进行湿法球磨;

S4:将球磨混合好的原料进行干燥;

S5:将干燥后的原料研磨细化,预烧结得到前驱体材料;

S6:将所述前驱体材料进行压片;

S7:将压好的片进行煅烧,得到Ga、Al共掺杂的Li7-3x-3yAlyGaxLa3Zr2O12无机氧化物固态电解质。

3.根据权利要求2所述的Ga、Al共掺杂LLZO固体电解质的制备方法,其特征在于,S2中将所述三氧化二镧在马弗炉中900℃烧结12h;

S5中原料研磨细化后,在950℃下预烧结6h得到前驱体材料;

S7中煅烧温度为1000℃、1050℃、1100℃或1150℃,煅烧时间为12h。

4.如权利要求2所述的Ga、Al共掺杂LLZO固体电解质的制备方法,其特征在于所述Ga、Al共掺杂的Li7-3x-3yAlyGaxLa3Zr2O12无机氧化物固态电解质为纳米晶体颗粒,粒径在2000nm以下,所述的三氧化镓、三氧化铝颗粒粒径在400nm以下。

5.如权利要求2所述的Ga、Al共掺杂LLZO固体电解质的制备方法,其特征在于所使用的原料质量分数分别为一水合氢氧化锂30~35wt.%、三氧化镧45~55wt.%、二氧化锆15~

20wt.%、0<三氧化镓≤2wt.%、0<三氧化铝≤4wt.%,且总和为100wt.%。

6.如权利要求2所述的Ga、Al共掺杂LLZO固体电解质的制备方法,其特征在于所述一水合氢氧化锂、所述三氧化二镧、所述二氧化锆、所述三氧化镓和所述三氧化铝的纯度>

99%。

7.一种多元固态电池,其特征在于,所述多元固态电池包含有如权利要求书1所述的Ga、Al共掺杂LLZO固体电解质,还含有正极极片,多元负极极片。

8.如权利要求7所述的多元固态电池,其特征在于,所述正极极片由正极活性材料和与其双面对称包夹的界面层组成,其中正极活性材料层为有机生物质多孔活性材料,界面层为量子碳基膜与金属涂层的复合结构;所述负极极片由负极活性材料和与其二面对称包夹的界面层组成,其中负极活性材料层为掺杂镓的锂镍锰多元合金Li-Ni-Mn-Ga材料,界面层为量子碳基膜与金属涂层的复合结构。

9.如权利要求8所述的多元固态电池,其特征在于,所述有机生物质多孔活性材料,其制备方法为:首先将有机生物质原料烘干,然后对烘干处理过的原料进行球磨,再将球磨后的材料,在氮气气氛保护下,程序升温碳化,自然冷区至室温,制得相应的有机生物质多孔活性材料正极活性材料层。

10.如权利要求9所述的多元固态电池极片,其特征在于,所述有机生物质原料为淀粉、葛粉中的至少一种。

11.如权利要求7所述的多元固态电池,其特征在于,

所述正极极片制备方法包括以下步骤:

A1:在量子碳基膜上首先涂布或溅射一层金属防护涂层,该金属为镍、银、锡中的一种;

A2:在A1所述金属涂层上再涂布一层如权利要求9所述的正极活性材料层;

A3:在另一块碳基膜上重复A1-A2,然后与A2中获得的涂层材料热压复合,形成量子碳基膜/金属防护层/正极材料/金属防护层/量子碳基膜的多层复合正极极片;

所述多元负极极片制备方法包括以下步骤:

B1:在量子碳基膜上首先涂布或溅射一层金属防护涂层,该金属为镍、银、锡中的一种;

B2:在B1所述金属涂层上再涂布一层如权利要求8所述的负极活性材料层;

B3:在另一块碳基膜上重复B1-B2,然后与B2中获得的涂层材料热压复合,形成量子碳基膜/金属防护层/负极材料/金属防护层/量子碳基膜的多层复合多元负极极片。

12.如权利要求8所述的多元固态电池,其特征在于,所述镓掺杂的锂镍锰多元合金Li-Ni-Mn-Ga材料制备方法为:在低于-50℃,真空条件下,将至少85%重量份的金属锂置于熔融合金浴中,然后将金锂加热至200~800℃,使金属锂熔融;然后再按照重量比0.01~5%的镍,0.01~5%锰加入熔融浴中,搅拌30min;接着再将0.01~2%的镓加入到熔融浴中并保持搅拌30分钟以完全溶解镓颗粒并使液体混合物均匀化,形成熔融的合金,随后冷却至室温,制得相应镓掺杂的锂镍锰多元合金Li-Ni-Mn-Ga材料负极活性材料层。

13.如权利要求12所述的多元固态电池,其特征在于,镓掺杂的锂镍锰多元合金(Li-Ni-Mn-Ga)材料中按重量份计金属锂至少85%,金属镍为0.01~5%,金属锰为0.01~5%,金属镓为0.01~2%。

14.一种多元固态电池的制备方法,其特征在于,将权利要求1-6之一所述的Ga、Al共掺杂LLZO无机氧化物固态电解质,正极片和负极片按照顺序叠片组装,再用电池壳体密封得到多元固态电池极片。