CN107176596A - 一种WO3包覆Li3PO4粉体的制备及其烧结方法 - Google Patents

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尚福亮
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Abstract

一种WO3‑Li3PO4包覆粉末的制备及其烧结方法。本发明属于非金属元素及其化合物。本发明公开了一种新的工艺来制备WO3掺杂Li3PO4靶材。本发明的优点在于用一种新的掺杂工艺来代替传统的球磨掺杂，得到充分混合、均匀掺杂的粉体。适用于微量(0.1‑5at％)的WO3粉末掺杂，可制备出致密度超过95％，强度超过45MPa，维氏硬度大于295Mpa的掺杂Li3PO4靶材，这种掺杂Li3PO4靶材，可经济、高效的制成各种复杂形状。作为微电源方面，LiWPON薄膜具有热力学稳定性好、离子导电率高和电化学窗口宽等优点可用于制备电解质薄膜；化工上可做催化剂，用于制备烯丙醇；此外还用在气体敏感器中、特种激光玻璃、光盘、陶瓷材料等。

Description

一种WO3包覆Li3PO4粉体的制备及其烧结方法
技术领域：
本发明属于无机非金属元素及其化合物。
背景技术：
磷酸锂作为靶材制备的LiPON薄膜是被最广泛应用的电解质薄膜，LiPON薄膜由于热力学稳定性好、离子导电率高和电化学窗口宽等优点，成为当前研究中最热的固体电解质膜。尤其是在全固态薄膜锂电池领域，被视为目前最具发展潜力的电解质薄膜。LiPON薄膜作为电解质有诸多优点，但是其在潮湿环境中易于水解还原是一个不能回避的问题，其严重抑制了LiPON薄膜的使用和阻碍固态薄膜电池的发展。通过掺杂金属离子来提高LiPON薄膜的稳定性也从日本松下电器产业株式会社的一个关于固态电解质的专利中得到证实。
LiPON薄膜的制备方法主要有：物理气相沉积、化学气相沉积、溶胶-凝胶等各种方法。由于物理气相沉积制备的LiPON薄膜与基体的结合强度高、沉积效率高、工艺成熟稳定而被广泛应用。而用物理气相沉积制备LiPON薄膜需要使用高密度Li3PO4靶材，通过能量束轰击Li3PO4靶材将其气化，再经过氮化，生产LiPON，再沉积到基体表面形成电解质薄膜。微量的WO3掺杂能降低Li3PO4的烧结温度，促进其烧结的致密化，提高靶材的密度、强度及稳定性，从而提高镀膜质量。
发明内容：
本发明公开了一种WO3包覆Li3PO4粉体的制备及其烧结方法。其特征是用偏钨酸铵溶于水的特性，将Li3PO4粉体在偏钨酸铵水溶液中湿磨，干燥后在Li3PO4粉体表面形成分散均匀的偏钨酸铵包覆层，然后通过偏钨酸铵在400-600℃下的热解在Li3PO4表面形成分散均匀的的WO3包覆层，从而制备出WO3包覆Li3PO4粉体，实现WO3的均匀掺杂。通过对包覆粉体的烧结，可制备出相对密度高于95％，强度大于45MPa，维氏硬度达大于295Mp的WO3掺杂Li3PO4烧结材料，可作为溅射镀膜用的靶材。
本发明详细研究并掌握了掺杂比、球磨参数、热解温度等对WO3-Li3PO4包覆粉末制备过程的影响及其烧结致密化过程的变化规律，从而可制备出高性能的烧结WO3掺杂Li3PO4材料。这种材料可经济、高效的制成各种复杂形状的产品，主要是溅射镀膜用的靶材(包括平面靶和旋转靶)，此外，化工上可做催化剂，用于制备烯丙醇；气体敏感器中、特种激光玻璃、光盘、陶瓷材料等。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
附图1：WO3包覆Li3PO4粉体的制备工艺流程图。
附图2：WO3-Li3PO4包覆粉体的烧结工艺流程图。
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如附图1所示，本发明的WO3包覆Li3PO4粉体的制备工艺流是：先将Li3PO4粉末加入到球磨瓶中于偏钨酸铵((NH4)6H2W12O40·xH2O)水溶液中湿磨混合，充分混合均匀后，经干燥过筛得到Li3PO4粉体表面形成分散均匀的偏钨酸铵包覆层的混合料，将混合料于400-600℃加热，通过偏钨酸铵热解在Li3PO4粉体表面形成分散均匀的的WO3包覆层，从而制备出WO3包覆Li3PO4粉体。
如附图2所示，将WO3包覆Li3PO4的粉体，加入成形剂聚乙二醇(PEG)，然后成型(干压、冷等静压、注射成型等)，得到生坯，经脱成型剂后，即可进行常压烧结或气压烧结，得到高强度高密度的WO3掺杂Li3PO4烧结材料。
本发明的优点在于用一种新的方法制备WO3包覆Li3PO4粉体，特别适用于微量WO3掺杂，通过对WO3包覆Li3PO4粉体进行烧结，可制备出高性能烧结WO3掺杂Li3PO4材料。
具体实施方式：
实例1：2.0wt％WO3包覆Li3PO4粉体的制备
将市售纯度为99.9％Li3PO4粉末，2.23wt％偏钨酸铵配制的水溶液装入球墨瓶中，置于球磨机中湿磨24-96h，干燥过筛后，将粉体置于400-600℃的炉子中，偏钨酸铵热解生成WO3包覆住Li3PO4，得到各种粉料充分混合、粒径分布均匀、成型性好、各组分质量比为Li3PO4∶WO3＝98∶2的WO3包覆Li3PO4粉体。
实例2：4.0wt％wO3包覆Li3PO4粉体的制备
将市售纯度为99.9％Li3PO4粉末，4.45wt％偏钨酸铵配制的水溶液装入球磨瓶中，置于球磨机中湿磨24-96h，干燥过筛后，将粉体置于400-600℃的炉子中，偏钨酸铵热解生成WO3包覆住Li3PO4，得到各种粉料充分混合、粒径分布均匀、成型性好、各组分质量比为Li3PO4∶WO3＝96∶4的WO3包覆Li3PO4粉体。
实例3：2.0wt％WO3包覆Li3PO4粉体的烧结
将制备的WO3包覆Li3PO4粉体，掺1-5wt％聚乙二醇(PEG)作为成型剂，于球磨机中湿磨2h，再干燥过筛，在100-200MPa压力下压制成型，脱成型剂后，在高温炉内800℃下于空气中常压烧结60-180分钟，随炉冷却。这样制得的烧结WO3包覆Li3PO4靶材，密度大于2.26g/cm3，相对密度≥92.6％，抗弯强度大于40Mpa，维氏硬度大于280Mpa。
实例4：4.0wt％WO3包覆Li3PO4粉体的烧结
将制备的WO3包覆Li3PO4粉，掺1-5wt％聚乙二醇(PEG)作为成型剂，于球磨机中湿磨2h，再干燥过筛，在100-200MPa压力下压制成型，脱成型剂后，在高温炉内815℃下于空气中常压烧结60-180分钟，随炉冷却。这样制得的烧结WO3包覆WO3靶材，密度大于2.33g/cm3，相对密度≥95.5％，抗弯强度大于45Mpa，维氏硬度大于295Mpa。

Claims (4)

1.一种新的方法制备WO3包覆Li3PO4(磷酸锂)粉体，其特征是用偏钨酸铵((NH4)6H2W12O40·xH2O)溶于水的特性，将Li3PO4粉体在偏钨酸铵水溶液中湿磨，干燥后在Li3PO4粉体表面形成分散均匀的偏钨酸铵包覆层，然后通过偏钨酸铵在400-600℃下的热解在Li3PO4表面形成分散均匀的的WO3包覆层，从而制备出WO3包覆Li3PO4粉体，实现WO3的均匀掺杂。
2.对权利要求1所述的WO3包覆Li3PO4粉体，通过加成型剂-干燥-过筛-成型-烧结等工序，可制备出密度高于2.33g/cm3，抗弯强度大于45.27Mpa，维氏硬度达233.810HV0.3高性能WO3掺杂Li3PO4材料。
3.对权利要求1所述的WO3包覆Li3PO4粉体的烧结，既可采用常压烧结工艺，也适用于气压烧结工艺，另外也可将权利要求1所述的WO3包覆Li3PO4粉体直接热压而得到致密WO3掺杂Li3PO4材料。
4.利用权利要求1所述的WO3包覆Li3PO4粉体制备的致密WO3掺杂Li3PO4材料，可制成各种复杂形状的制品，主要是溅射镀膜用的靶材(包括平面靶和旋转靶)，此外，化工上可做催化剂，用于制备烯丙醇；气体敏感器中、特种激光玻璃、光盘、陶瓷材料等。
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