CN105742699B - 石榴石型固体电解质及其制备方法 - Google Patents

石榴石型固体电解质及其制备方法 Download PDF

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Abstract

公开了石榴石型固体电解质及其制造方法。本发明的基于石榴石的固体电解质通过将Al2O3加入到含有氢氧化物的前体中制备，从而在具有不包括杂质的纯立方相晶体结构的同时提高烧结密度和离子电导率。

Description

石榴石型固体电解质及其制备方法
发明领域
本发明涉及石榴石型固体电解质及其制备方法。具体地，石榴石型固体电解质可以通过将氧化铝(Al2O3)加入到含有氢氧化物的前体中制备，从而在具有不包括杂质的纯立方相晶体结构的同时提高烧结密度和离子电导率。
背景技术
二次电池通过氧化和还原化学反应随着化学能和电能互相转化而重复充电和放电。二次电池通常包括四种基本元件，即，阳极、阴极、隔板(separator)和电解质。在此，阳极和阴极也称作电极，电极包括造成实际反应的活性材料。
例如，锂离子二次电池使用液体电解质。但是，因为它易挥发，液体电解质可具有若干缺点，例如爆炸的危险，并且热稳定性差。
同时，使用固体电解质的全固态电池可具有较低的爆炸危险，而且热稳定性提高。此外，当使用双极板时，通过将电极通过串联层压，可以获得高工作电压，使得与使用串联电池连接的液体电解质的电池的能量密度相比较，可以获得更高的能量密度。
全固态电池要求转移锂离子的固体电解质。固体电解质可以大体分成有机(聚合物)电解质和无机电解质，无机电解质可以包括基于氧化物的电解质和基于硫化物的电解质。
例如，基于氧化物的固体电解质可以包括氧，例如LiPON-型、钙钛矿型、石榴石型和玻璃陶瓷型，并且具有10-5至10-3S/cm的离子电导率，其小于基于硫化物的电解质。同时，基于氧化物的固体电解质可以提供若干优势，使得基于氧化物的固体电解质与基于硫化物的固体电解质比较时，可以对于湿气稳定，并且与大气中的氧反应性低。
但是，基于氧化物的固体电解质可具有高的晶界电阻，因此，可以使用电解质膜或球团，其中颗粒之间因高温烧结形成颈缩。而且，基于氧化物的固体电解质不可以大量制造，因为高温烧结即大约900至大约1400℃导致不可以形成其大面积电解质膜。
具体地，基于氧化物的固体电解质当中的石榴石型电解质在最后的煅烧中在1000-1250℃的温度下严格需要大约6小时的长时间或者更久。此外，为了防止锂挥发并保证相变和组成均一性，作为仿制品可以使用球团覆盖的石榴石。然而，使用这些球团得到的石榴石相对于总重量的比例通常低于20wt％，这被视作是无效率的。
美国专利申请公开第2013-0344416号已经公开了通过将可包括碳酸锂、氢氧化镧、氧化锆和氧化铝制备的球团热压制备的固体氧化物陶瓷，然而，由此制备的球团型LLZ可形成为具有低可结晶性。
因此，为了制备具有优异物理性质的石榴石，正在进行包括基础物理性质研究和石榴石制备的许多研究，而且，已经需要开发能够用于全固态电池制造过程中的材料。
该部分公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此，其可以含有不构成在该国家中本领域普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。
发明内容
在优选的方面，本发明提供石榴石型固体电解质的制备方法。本发明的发明人已经发现，在石榴石型固体电解质制备过程中，通过向含有氢氧化物的前体中加入少量Al2O3代替常规的含有碳酸盐的前体。这样，石榴石型固体电解质可以在具有不包括杂质的纯立方相晶体结构的同时具有提高的烧结密度和离子电导率。
一方面，本发明提供一种具有立方相晶体结构的石榴石型固体电解质。
石榴石型固体电解质可以包括以下化学式(I)表示的化合物。
[LiaLabZrcOd]
具体地，在式中，a为大约6.3至大约8，b为大约2.7至大约3.3，c为大约1.7至大约2.3，d可以基于就a、b和c而言的有效价态确定。例如，如果a是7，b是3，c是2，d可以是12，如Li7La3Zr2O12表示。
如本文所用，术语“石榴石型”或“石榴石”是指具有包括立方和四方框架或结构的“石榴石”的相或晶体结构的材料。这样，石榴石型固体电解质可以形成为石榴石型相或晶体结构，其包括立方相和正方晶相。而且，固体电解质的这种石榴石型相或晶体结构可以用化合物组分(元素)形成，优选Li、La、Zr和O，或者另外可选地，Li、Al、La、Zr和O，对构成元素没有其他限制。
石榴石型固体电解质可以包括具有立方相的LLZ(Li7La3Zr2O12)。具体地，LLZ可以包括置换至少一部分Li的Al。优选地，置换的Al可以是大约0.02-1.075mol。
在其他方面，本发明提供一种用于制备以下化学式(I)表示的石榴石型固体电解质的方法。该方法可以包括：制备LiOH、La(OH)3、ZrO2和Al2O3的混合物。具体地，混合物可以通过第一干混制备。优选地，混合物可以通过将LiOH、La(OH)3和ZrO2混合、并向其加入Al2O3制备。可选地，混合物可以通过同时将LiOH、La(OH)3、ZrO2和Al2O3混合制备。
石榴石型固体电解质包括摩尔比为大约6.5-8.3：大约3：大约2的LiOH、La(OH)3和ZrO2。
石榴石型固体电解质可以包括具有立方相的LLZ(Li7La3Zr2O12)。具体地，LLZ可以包括置换至少一部分Li的Al。优选地，置换的Al可以是大约0.02-1.075mol。而且，石榴石型固体电解质可以包括相对于混合物总重量含量为大约0.5-1.5wt％的Al2O3。
该方法还可以包括，在Al2O3的混合之后：首先将混合物在800-1000℃下煅烧5-7小时；在自然冷却之后对煅烧的混合物进行第二干混；在120-150MPa下将第二干混的混合物制备成8-12mm的球团；和通过在1100-1300℃下对制备的球团进行10-40小时的第二煅烧，制备立方相石榴石型固体电解质。
此外，上述方法还包括在第二煅烧之前制备包括大约10-80wt％量的混合物的球团，并将球团用粉末状态的剩余混合物覆盖。
上述方法还可以包括对石榴石型固体电解质进行分析。分析方法可以是，但不限于，使用X-射线衍射(XRD)、拉曼光谱或电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)。
本发明还提供一种全固体电池，其包括本文所述的石榴石型固体电解质或者如本文所述制备的石榴石型固体电解质。
本发明的其他方面和优选实施方式在下文中讨论。
附图说明
现将参考附图示出的其某些示例性实施方式对本发明的上述和其他特征进行详细说明，上述实施方式在下文中仅通过图示的方式给出，因此并非对本发明进行限定，其中：
图1显示了根据本发明示例性实施方式的示例性石榴石型固体电解质的示例性合成方法；
图2显示了根据本发明示例性实施方式的实施例和比较例1-3中制备的石榴石的XRD测量结果；
图3显示了根据本发明示例性实施方式的实施例和比较例1-3中制备的石榴石的烧结密度和离子电导率图；
图4显示了根据本发明示例性实施方式的实施例和比较例1-3中制备的石榴石的阻抗测量结果；
图5显示了根据本发明示例性实施方式的实施例和比较例4-8中制备的石榴石的XRD测量结果；
图6A显示了比较例4中制备的石榴石的拉曼光谱测量结果；
图6B显示了根据本发明示例性实施方式在实施例中制备的示例性石榴石的拉曼光谱测量结果；
图6C显示了比较例5中制备的石榴石的拉曼光谱测量结果；
图6D显示了比较例6中制备的石榴石的拉曼光谱测量结果；
图6E显示了比较例7中制备的石榴石的拉曼光谱测量结果；和
图6F显示了比较例8中制备的石榴石的拉曼光谱测量结果。
应当理解到，附图不必要成比例，而是对说明本发明基本原理的各种优选特征的略微简化的呈现。如本文公开的本发明的特定设计特征，包括，例如，特定的尺寸、方向、位置和形状将部分地由具体的既定应用和使用环境所决定。
在附图中，在通篇几张图中参考数字是指本发明的相同或等同部件。
具体实施方式
应当理解到，本文所用的术语“车辆(vehicle)”、“车用”或其它类似术语包括通常的机动车辆，例如包括运动型多功能车(SUV)的载客车辆、公共汽车、卡车、各种商用车辆，包括各种船只和船舶的水运工具，航空器等等，并包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力车辆、氢动力车辆和其它代用燃料车辆(例如，源自石油以外的资源的燃料)。如本文所用，混合动力车辆是具有两种或更多种动力来源的车辆，例如，既是汽油动力也是电动力的车辆。本文所用的术语仅仅是出于描述具体实施方式的目的，而并无意于对发明加以限定。如本文所用，除非上下文明确另外指出，单数形式的“一”、“一个”和“该”意在也包括复数形式。还将理解到，当用于本说明书时，术语“包括”和/或“包含”说明存在有指定的特征、整数、步骤、操作、元素和/或成分，但并不排除存在或添加一种或多种其他的特征、整数、步骤、操作、元素、成分和/或其组合。如本文所用，术语“和/或”包括一种或多种所列关联项的任何和全部组合。
除非明确说明或从上下文很明显，如本文所用，术语“大约”理解成在本领域的正常公差范围内，例如，在平均值的2个标准偏差内。“大约”可以理解成在所述数值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非另外由上下文明显可见，本文提供的所有数值均由术语“大约”修饰。
以下将详细参考本发明的各种实施方式，其实施例在附图中加以图示，并在下文加以说明。尽管本发明结合示例性实施方式进行说明，但应当理解到，本文的说明无意于将本发明限定于这些示例性实施方式。相反地，本发明不仅要涵盖示例性的实施方式，还要涵盖各种变化方式、修改方式、等同方式和其他实施方式，其均被包括在如所附权利要求所定义的本发明的构思和范围之内。
一方面，本发明提供一种石榴石型固体电解质，其可以包括以下化学式(I)表示的化合物：
[LiaLabZrcOd]
在该式中，a的范围是大约6.3至大约8，b的范围是大约2.7至大约3.3，c的范围是大约1.7至大约2.3，并且d可以基于就a、b和c而言的有效价态确定。
石榴石型固体电解质可以形成为两种不同类型的结构，即，立方相或四方相。例如，立方相的离子电导率可以是大约10-4S/cm，四方相的离子电导率可以是大约10-6S/cm，这样，据报道立方相具有大大增加的大约100倍或更高的离子电导率。因此，本发明的石榴石型固体电解质可以适当地合成以具有立方相晶体结构，具有减少的杂质、第二相或四方相。
石榴石型固体电解质可以包括具有立方相的LLZ(Li7La3Zr2O12)，更具体地，其立方相。具体地，LLZ(Li7La3Zr2O12)石榴石中至少一部分的Li可以被铝(Al)置换。铝可以使立方相晶体结构稳定化，并且由于液相烧结效应影响烧结密度的增加，并可以提高离子电导率。因此，在合成过程中至少一部分的Li可以适当地用Al置换。
优选地，LLZ(Li7La3Zr2O12)中的至少一部分Li可以被Al置换，并且在上式中置换的Al可以是大约0.02-1.075mol。当置换的Al的摩尔数小于大约0.02mol时，不会充分产生具有立方相晶体结构的石榴石，当摩尔数大于大约1.075mol时，可产生杂质，从而导致离子电导率迅速降低。
石榴石型固体电解质的离子电导率可以为大约2x10-4至6x10-4S/cm。优选地，石榴石型固体电解质的离子电导率可以为大约3.5x10-4至4.8x10-4S/cm，或者具体地，离子电导率可以是大约4.3x10-4S/cm。
另外提供一种制备以下化学式(I)表示的石榴石型固体电解质的方法。该方法可以包括制备LiOH、La(OH)3、ZrO2和Al2O3的混合物。
[化学式(I)]
[LiaLabZrcOd]
在该式中，a的范围是大约6.3至大约8，b的范围是大约2.7至大约3.3，c的范围是大约1.7至大约2.3，并且d可以基于就a、b和c而言的有效价态确定。具体地，混合物可以通过第一干混制备。如本文所用，“干混“可以在没有任何类型水或溶剂的情况下进行，使得之后混合的材料可以不需要额外的干燥过程。
优选地，可以通过将LiOH、La(OH)3和ZrO2混合、并向其加入Al2O3制备混合物。可选地，可以通过同时将LiOH、La(OH)3、ZrO2和Al2O3混合制备混合物。
图1是根据本发明示例性实施方式的示例性石榴石型固体电解质的示例性合成方法。如图1所示，石榴石型固体电解质可以通过以下方法制备：通过第一干混，即同时将LiOH、La(OH)3、ZrO2和Al2O3混合制备混合物，随后可以进行第一煅烧、第二干混、造粒(pelleting)和第二煅烧。
在石榴石型固体电解质中，LiOH、La(OH)3和ZrO2的摩尔比可以是大约6.5-8.3：大约3：大约2。当LiOH的摩尔比小于大约6.5mol时，不可以充分形成具有立方相晶体结构的石榴石粉末，当LiOH的摩尔比大于大约8.3mol时，可能存在杂质，从而导致离子电导率迅速降低。优选地，Li:La:Zr元素的摩尔比可以是大约7：大约3：大约2。由于从大约900℃或更高的温度Li挥发可以活跃地发生，Li原子可以基于混合物总摩尔数大于大约10mol％使用。此外，石榴石型固体电解质可以包括含有LiOH和La(OH)3前体的氢氧化物作为起始材料来代替制造过程中加入的含有常规前体的碳酸盐，因此，球团中杂质例如Li2CO3的产生得以抑制，从而提高了离子电导率。
石榴石型固体电解质可以包括具有立方相的LLZ(Li7La3Zr2O12)。优选地，LLZ中至少一部分的Li可以被Al置换。优选地，置换的Al可以是大约0.02-1.075mol。
如上文所述，Al2O3的含量可以是相对于混合物总重量为大约0.5wt％至大约1.5wt％。当Al2O3的含量小于0.5wt％时，石榴石的可结晶性可能降低，当Al2O3的含量大于1.5wt％时，杂质(例如，Al3Zr、Li2ZrO3)可以与立方相一起产生。优选地，Al2O3可以大约0.9-1.2wt％掺杂，优选地，以大约1wt％掺杂。
石榴石型固体电解质的制备方法还可以包括，在Al2O3的混合之后，首先将混合物在大约800-1000℃的温度下煅烧大约5-7小时；在自然冷却之后对煅烧的混合物进行第二干混；在大约120-150MPa下将第二干混的混合物制备成大约8-12mm的球团；和通过在大约1100-1300℃下对制备的球团进行大约10-40小时第二煅烧，制备立方相石榴石型固体电解质。
通过第一干混制备混合物可以是简单地将粉末形式的原材料混合，在该过程中没有能量转移给粉末。而且，该方法可以在每个步骤中包括大约3分钟的停息时间，以防止热能转移至粉末。混合方法可以包括干法和湿法，然而，可以进行使用行星式磨机的干混。在湿混的情形中，处理时间会增加，例如，增加一天或更久直到干燥，并且可能因溶剂发生副反应。例如，作为搅拌条件，行星式研磨条件可以更温和，氧化锆球的数目可以是与第二干混合相比较大约一半的量。
可以在通过第一干混制备LiOH、La(OH)3和ZrO2粉末之后加入Al2O3，或者可以通过如上所述同时对LiOH、La(OH)3、ZrO2和Al2O3进行第一干混制备粉末混合物，使得Al可以均匀地分布在混合物中。当同时对Al2O3进行第一干混时，Al可以更加均匀地分布到LLZ(Li7La3Zr2O12)石榴石中。此外，不使用相关领域中的常规Li2CO3作为烧结中的起始原料，因此，烧结密度和离子电导率可以提高，因为球团中作为杂质起作用的碳酸的产生得以抑制。
在Al2O3的混合之后进行的第一烧结中，第一烧结可以在大约800-1000℃的温度下进行大约5-7小时。优选地，第一烧结可以在大约900℃下进行大约6小时。
在通过对制备的球团进行第二烧结制备立方相石榴石型固体电解质时，产生石榴石型固体电解质的温度和时间可以随着原材料的组成而变化。优选地，第二烧结可以在大约1100-1300℃的温度下进行大约10-40小时。此外，烧结中可以使用氧化铝坩埚或氧化锆坩埚，具体地，出于经济上的优势，例如与氮化硼(BN)板或MgO坩埚相比成本降低，可以使用氧化铝坩埚。而且，即使在1000℃或更高的温度下，粘合剂也不会弄脏，可以很容易地形成结晶相石榴石。
本发明的制备石榴石型固体电解质的方法还可以包括：在第二煅烧之前制备包括大约10-80wt％量的混合物的球团，并将球团用粉末状态的剩余混合物覆盖。影响电导率的锂组成可以通过第二烧结过程变化，在该过程中，上述方法可以包括将球团用粉末形式的剩余混合物覆盖的过程，以防止石榴石型固体电解质中的锂挥发，因为第二烧结过程是在高温下的长时间暴露。
本发明的制备石榴石型固体电解质的方法还可以包括对石榴石型固体电解质进行分析；并且分析可以使用X-射线衍射(XRD)、拉曼光谱或电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)进行。XRD可以识别石榴石型固体电解质的相和杂质，通过拉曼，可以识别XRD无法确定的与具有数百微米或更小的区域对应的相和杂质。此外，使用ICP，通过识别石榴石型固体电解质中每种原子的组成比例，可以对目标组合物和合成的组合物之间的差异进行比较。
因此，通过在石榴石型固体电解质制备过程中将至少Al2O3加入至代替常规的含有碳酸盐的前体的含有氢氧化物的前体中，根据本发明示例性实施方式的石榴石型固体电解质可以在具有不包括杂质的纯立方相晶体结构的同时提高烧结密度和离子电导率。
实施例
在下文中，将参考实施例对本发明进行更详细的说明，但本发明并不限于此。
实施例
通过将原材料LiOH、La(OH)3和ZrO2以7:3:2的摩尔比混合，并向其中加入基于第一干混形成的混合物总重量1wt％的Al2O3，进行第一干混。接下来，将第一干混的混合物在900℃下进行6小时第一煅烧，然后自然冷却。然后，将冷却的混合物再次干混(第二干混)，在130MPa下制备10mm的球团。将制备的球团在1200℃下进行20小时的第二煅烧，得到立方相La3.05Zr2Li6.51Al0.36O12.37石榴石。在此，在该过程中，合成前后将混合物存储在手套箱中，以抑制杂质的产生，煅烧过程中使用氧化铝坩埚。
比较例1
通过以与实施例相同的方式干混和煅烧混合物，得到La3.16Zr2Li7.17Al0.68O13.345石榴石，不同之处在于通过对摩尔比7:3:2的原材料Li2CO3、La2O3和ZrO2进行第一干混制备混合物。
比较例2
通过以与实施例相同的方式干混合和煅烧混合物，得到La3.09Zr2Li6.45Al0.38O12.43石榴石，不同之处在于通过对摩尔比7:3:2的原材料LiOH、La2O3和ZrO2进行第一干混制备混合物。
比较例3
通过以与实施例相同的方式干混合和煅烧混合物，得到La3.13Zr2Li7.14Al0.67O13.27石榴石，不同之处在于通过对摩尔比7:3:2的原材料Li2CO3、La(OH)3和ZrO2进行第一干混制备混合物。
比较例4
比较例4以与实施例相同的方式进行，不同之处在于在不混合Al2O3的情况下进行第一干混。
比较例5
比较例5以与实施例相同的方式进行，不同之处在于加入基于由第一干混形成的混合物总重量2wt％的Al2O3进行第一干混。
比较例6
比较例6以与实施例相同的方式进行，不同之处在于加入基于由第一干混形成的混合物总重量3wt％的Al2O3进行第一干混。
比较例7
比较例7以与实施例相同的方式进行，不同之处在于加入基于由第一干混形成的混合物总重量4wt％的Al2O3进行第一干混。
比较例8
比较例8以与实施例相同的方式进行，不同之处在于加入基于由第一干混形成的混合物总重量5wt％的Al2O3进行第一干混。
测试例1：测量实施例和比较例1-3中制备的石榴石的Al2O3掺杂量和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)
作为实施例和比较例1-3中制备的石榴石的Al2O3掺杂量，分别测量初始掺杂量和实际掺杂量，并使用ICP-MS装置进行分析，以识别锂含量(mol)。结果示于下表1中。
[表1]
如表1中的结果所示，由于煅烧过程中使用了氧化铝坩埚，实施例和比较例1-3中制备的石榴石在加入Al2O3的初始掺杂量和实际掺杂量方面具有差异。在比较例1-3中，与初始掺杂量具有低至0.56wt％、高至2.27wt％的差异。
同时，在使用LiOH作为前体的实施例中，加入的实际掺杂量与初始掺杂量类似。这意味着在使用LiOH前体时，通过使用氧化铝坩埚加入的Al2O3的量的变化是不相关的。
测试例2：实施例和比较例1-3中制备的石榴石的X-射线衍射(XRD)测量
使用XRD装置对峰进行分析，以识别实施例和比较例1-3中制备的石榴石的可结晶性，结果示于图2中。
图2显示了实施例和比较例1-3中制备的石榴石的XRD测量结果。如图2所示，实施例和比较例1-3中制备的石榴石均具有立方相晶体结构，但是，在比较例3的情形中，峰相对较低，可以看出可结晶性低。
测试例3：实施例和比较例1-3中制备的石榴石的烧结密度和离子电导率测量结果
测量实施例和比较例1-3中制备的石榴石的烧结密度和离子电导率，结果示于下表2和图3和4中。
[表2]
如表2所示，其中Al2O3以1.56wt％或更高加入的比较例1-3具有烧结密度降低至85wt％或更低的倾向，具体地，比较例3表现出最低的烧结密度和离子电导率。
同时，包括氢氧化物作为La和Li前体并且加入Al2O3的含量为1.06wt％的实施例具有最高的烧结密度88％，并且还具有优异的离子电导率。
图3是实施例和比较例1-3中制备的石榴石的烧结密度和离子电导率图。如图3所示，实施例(La(OH)3+LiOH)中烧结密度和离子电导率二者均很优异。
图4是实施例和比较例1-3中制备的石榴石的阻抗测量结果。阻抗测量在20MHz至1Hz的频率和30mV的压力下使用对称离子阻塞电极(Au溅射100nm)进行。在图4中，对每个样品观察到一个半圆，其是由石榴石性质造成的晶粒电阻和晶界电阻的重叠发生的现象。此外，由于总电阻是晶粒电阻和晶界电阻之和，当出现的半圆的直径较小时总电阻低，离子电导率优异。因此，当一起使用含有羟基的LiOH和La(OH)3前体时，电导率最优异。
测试例4：实施例和比较例4-8中制备的石榴石的X-射线衍射(XRD)测量
使用XRD装置对峰进行分析，以识别实施例和比较例4-8中制备的石榴石的可结晶性，结果示于图5中。
图5显示了实施例和比较例4-8中制备的石榴石的XRD测量结果。如图5所示，在其中Al2O3分别以0wt％、2wt％、3wt％、4wt％和5wt％混合的比较例4-8中，观察到Li2Zr2O3杂质，峰不规则且低，因此，可以看出石榴石的可结晶性非常低。
同时，在其中Al2O3以1wt％混合的实施例中，由于没有观察到杂质，峰很明显，可以看出可结晶性高。
测试例5：实施例和比较例4-8中制备的石榴石的拉曼光谱测量
使用拉曼光谱装置对峰进行分析，以识别实施例和比较例4-8中制备的石榴石的晶相和杂质，结果示于图6A-6F中。
图6A是实施例中制备的石榴石的拉曼光谱测量结果，图6B是比较例4中制备的石榴石的拉曼光谱测量结果。图6C是比较例5中制备的石榴石的拉曼光谱测量结果。此外，图6D是比较例6中制备的石榴石的拉曼光谱测量结果，图6E是比较例7中制备的石榴石的拉曼光谱测量结果，图6F是比较例8中制备的石榴石的拉曼光谱测量结果。
如图6A、6C-6F所示，与图6B中的峰相比较，观察到峰的分布很宽而且是裂分的，由于这些杂质峰很难识别晶相。相反，在图6B中，识别出清楚的峰，得到具有有利的立方相的石榴石。
测试例6：实施例和比较例4-8中制备的石榴石的离子电导率测量
测量实施例和比较例4-8中制备的石榴石的离子电导率，结果示于下表3中。
[表3]
如表3所示，与比较例4-8相比较，其中使用LiOH和La(OH)3前体并且Al2O3以1wt％混合的实施例表现出最高的离子电导率。由于可结晶性因立方相变得有利而且锂离子是平滑的，离子电导率提高。
因此，识别出实施例中制备的石榴石型固体电解质具有抑制杂质例如Li2CO3的产生、以及通过将含有氢氧化物的LiOH和La(OH)3前体混合来代替用于在制备过程中加入的含有碳酸盐的现有前体以增加烧结密度的作用。此外，通过一起加入少量的Al2O3，识别出在具有不包括杂质的纯立方相晶体结构的同时提高烧结密度和离子电导率的作用。
通过向含有氢氧化物的前体加入少量的Al2O3代替在制备过程中加入的含有碳酸盐的现有前体，根据本发明各示例性实施方式的石榴石型固体电解质可以在具有不包括杂质的纯立方相晶体结构的同时提高烧结密度和离子电导率。
本发明已参考其优选实施方式进行了详细说明。但是，本领域技术人员将会认识到，可以在不偏离本发明原则和构思的情况下对这些实施方式进行改变，本发明的范围定义于所附权利要求及其等同方式中。

Claims (9)

1.一种制备以下化学式(I)表示的石榴石型固体电解质的方法，所述方法包括以下步骤：
制备LiOH、La(OH)3、ZrO2和Al2O3的混合物，
[化学式(I)]
[LiaLabZrcOd]
其中，在化学式(I)中，a的范围是6.3至8，b的范围是2.7至3.3，c的范围是1.7至2.3，并且d基于就a、b和c而言的有效价态确定；
将所述混合物在800-1000℃下进行第一煅烧5-7小时；
在自然冷却之后对所述煅烧的混合物进行第二干混；
在120-150MPa下将所述第二干混的混合物制备成8-12mm的、包括10-80wt％的混合物的球团，并将所述球团用粉末状态的剩余混合物覆盖；和
通过在1100-1300℃下对所述制备的球团进行第二煅烧10-40小时，制备立方相石榴石型固体电解质。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合物通过第一干混制备。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述混合物通过将LiOH、La(OH)3和ZrO2混合、并向其加入Al2O3制备。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合物通过同时将LiOH、La(OH)3、ZrO2和Al2O3混合制备。
5.根据权利要求1所述的制备石榴石型固体电解质的方法，其中所述石榴石型固体电解质包括摩尔比为6.5-8.3：3：2的LiOH、La(OH)3和ZrO2。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述石榴石型固体电解质包括具有立方相的LLZ(Li7La3Zr2O12)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述LLZ包括置换至少一部分Li的Al。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述石榴石型固体电解质包括相对于所述混合物总重量为0.5-1.5wt％的Al2O3。
9.根据权利要求1所述的方法，其还包括对所述石榴石型固体电解质进行分析的步骤，其中分析使用X-射线衍射(XRD)、拉曼光谱或电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)进行。
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