專利名稱：用煤矸石制備鋰快離子導(dǎo)體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰無機(jī)固體電解質(zhì)，即鋰快離子導(dǎo)體，具體屬于一種用煤矸石為原料制備鋰快離子導(dǎo)體的方法。
背景技術(shù)：
用分析純SiO2和Al2O3為原料制備鋰快離子導(dǎo)體材料的方法已有報道，也有人嘗試用高嶺石為原料制備鋰快離子導(dǎo)體。如福州大學(xué)李榮華等人以LiTi2(PO4)3為母體，天然高嶺石為起始原料，經(jīng)高溫固相反應(yīng)制得一系列新的鋰快離子導(dǎo)體材料Li1+2x+yAlxMgyTi2-x-ySixP3-xO12(張玉榮，王文繼.鋰快離子導(dǎo)體Li1+2x+yAlxMgyTi2-x-ySixP3-xO12系統(tǒng)的研究[J].功能材料，2001，32(5)510-511.)。但用煤矸石作為起始原料制備鋰快離子導(dǎo)體材料在國內(nèi)外未曾見報道。為此，本著開發(fā)利用、變廢為寶、降低合成成本的原則，利用煤矸石為起始原料制備出理想的鋰快離子導(dǎo)體材料。煤矸石的成份分析見表1。
表1煤矸石的成份分析

注煤矸石來自太原西山官地礦。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用煤矸石為原料制備鋰快離子導(dǎo)體的方法，該方法操作簡便，成本較低，制備的鋰快離子導(dǎo)體導(dǎo)電率較高。
本發(fā)明提供的一種用煤矸石為原料制備鋰快離子導(dǎo)體Li1+2x+2yAlxMgyTi2-x-ySixP3-xO12的方法，包括以下步驟(1)將煤矸石粉碎，經(jīng)高溫焙燒除去煤矸石中的碳和水分，測定煤矸石中SiO2和Al2O3的含量，并保存于干燥器中備用；(2)將NH4H2PO4在100℃，Li2CO3、TiO2、MgO在200℃下烘干至恒重，保存于干燥器中備用；(3)根據(jù)煤矸石中SiO2和Al2O3的含量，和下述反應(yīng)式的摩爾配比稱取各原料(精確至1.0×10-4g)并混合，
式中x＝0.1，y＝0.1～0.7；或x＝0.2，y＝0.1～0.5；
(4)在原料混合物中加入少量無水乙醇在瑪瑙研缽中研細(xì)混勻，置于耐高溫坩堝中；(5)將裝有反應(yīng)物的坩堝放入馬弗爐中，在160～180℃和600～800℃下各加熱3～5h，然后在800～1100℃加熱18～22h制得鋰快離子導(dǎo)體材料。
所述步驟(1)中的焙燒溫度優(yōu)選為650℃。
所述步驟(3)反應(yīng)式中優(yōu)選x＝0.1，y＝0.1～0.6。
所述步驟(5)中800～1100℃優(yōu)選為900～1000℃。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是1、用煤矸石為原料制備鋰快離子導(dǎo)體材料，有效地利用了天然的煤矸石資源，降低了合成成本；2、本制備方法操作簡便，易于放大；3、用煤矸石為原料制備的鋰快離子導(dǎo)體材料與用分析純SiO2和Al2O3為原料制備的鋰快離子導(dǎo)體材料，電導(dǎo)率基本保持一致。而用煤矸石為原料制備的鋰快離子導(dǎo)體的導(dǎo)電率明顯高于用高嶺石為原料所制得的鋰快離子導(dǎo)體材料的導(dǎo)電率。例如當(dāng)x＝0.1，y＝0.1，室溫時前者的導(dǎo)電率為1.31×10-3S·cm-1，后者僅為1.01×10-4S·cm-1。當(dāng)x＝0.1，y＝0.3，400℃時前者的導(dǎo)電率為2.63×10-1S·cm-1，后者僅為2.53×10-2S·cm-1。


圖1是用本發(fā)明方法制得的Li1+2x+2yAlxMgyTi2-x-ySixP3-xO12系統(tǒng)部分合成物的XRD圖譜。從衍射圖中可以看出，當(dāng)x＝0.1，y＝0.1～0.7和x＝0.2，y＝0.1～0.5的范圍內(nèi)均能得到空間群為R3c的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1用煤矸石為原料制備鋰快離子導(dǎo)體材料Li1+2x+2yAlxMgyTi2-x-ySixP3-xO12。
將煤矸石(取自太原西山官地礦)粉碎，經(jīng)高溫焙燒除去煤矸石中的碳和水分，測定煤矸石中SiO2和Al2O3的含量為55.3％和19.4％，并保存于干燥器中備用；將NH4H2PO4在100℃、其它原料Li2CO3、TiO2、MgO在200℃下烘干至恒重，保存于干燥器中；根據(jù)煤矸石中SiO2和Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和下面反應(yīng)式的摩爾配比稱取各原料(精確至1.0×10-4g)并混合，
式中x＝0.1，y＝0.1；煤矸石、Li2CO3、TiO2、MgO、NH4H2PO4質(zhì)量分別為0.2628g、0.5173g、1.4382g、0.4032g、3.3359g；將原料混合物放入瑪瑙研缽中并加入少量無水乙醇經(jīng)充分研磨后移入剛玉坩堝；將坩堝置于馬弗爐中在170℃和700℃下依次加熱4h，然后在900℃左右加熱20h完成反應(yīng)，制得Li1+2x+2yAlxMgyTi2-x-ySixP3-xO12。
將樣品在φ＝13mm的鋼模中以10MPa/cm2的壓力壓成圓片，并將壓成的片在800℃下燒結(jié)10h左右。將燒結(jié)片兩面磨平后涂上銀漿，在100℃下烘干，然后緩慢升溫至600℃使銀漿還原，則燒結(jié)片兩面就鍍上了一層銀膜。將圓片置于銀盤夾具中，并放入管式電爐(由YCC21211AP型精密溫度控制器將溫度控制在±2℃內(nèi))，用交流阻抗技術(shù)利用IM6電化學(xué)工作站測量室溫至400℃之間的離子電導(dǎo)率，測量頻率為1～200kHz。所測數(shù)據(jù)列于表3。
實(shí)施例2～12見表2和表3。
表2實(shí)施例2～12及各原料的質(zhì)量

表3 Li1+2x+2yAlxMgyTi2-x-ySixP3-xO12系列合成物的電導(dǎo)率及活化能

權(quán)利要求
1.一種用煤矸石為原料制備鋰快離子導(dǎo)體的方法，其特征在于包括如下步驟(1)將煤矸石粉碎，經(jīng)高溫焙燒除去煤矸石中的碳和水分，測定煤矸石中SiO2和Al2O3的含量，并保存于干燥器中備用；(2)將NH4H2PO4在100℃，Li2CO3、TiO2、MgO在200℃下烘干至恒重，保存于干燥器中備用；(3)根據(jù)煤矸石中SiO2和Al2O3的含量，和下述反應(yīng)式的摩爾配比稱取各原料并混合，式中x＝0.1，y＝0.1～0.7；或x＝0.2，y＝0.1～0.5；(4)在原料混合物中加入少量無水乙醇在瑪瑙研缽中研細(xì)混勻，置于耐高溫坩堝中；(5)將裝有反應(yīng)物的坩堝放入馬弗爐中，依次在160～180℃和600～800℃下各加熱3～5h，然后在800～1100℃加熱18～22h制得鋰快離子導(dǎo)體材料。
2.按照權(quán)利要求1所述的用煤矸石為原料制備鋰快離子導(dǎo)體的方法，其特征在于，所述步驟(3)反應(yīng)式中優(yōu)選x＝0.1，y＝0.1～0.6。
3.按照權(quán)利要求1所述的用煤矸石為原料制備鋰快離子導(dǎo)體的方法，其特征在于，所述步驟(5)中800～1100℃優(yōu)選為900～1000℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用煤矸石為原料制備鋰快離子導(dǎo)體Li
文檔編號C01B25/45GK1913045SQ20061001294
公開日2007年2月14日 申請日期2006年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月12日
發(fā)明者張智敏, 張保柱, 暢功民 申請人:山西大學(xué)