一種WO3包覆Li3PO4粉體的製備及其燒結方法與流程

2023-11-07 06:43:27 2

技術領域：

本發明屬於無機非金屬元素及其化合物。

背景技術：
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磷酸鋰作為靶材製備的lipon薄膜是被最廣泛應用的電解質薄膜，lipon薄膜由於熱力學穩定性好、離子導電率高和電化學窗口寬等優點，成為當前研究中最熱的固體電解質膜。尤其是在全固態薄膜鋰電池領域，被視為目前最具發展潛力的電解質薄膜。lipon薄膜作為電解質有諸多優點，但是其在潮溼環境中易於水解還原是一個不能迴避的問題，其嚴重抑制了lipon薄膜的使用和阻礙固態薄膜電池的發展。通過摻雜金屬離子來提高lipon薄膜的穩定性也從日本松下電器產業株式會社的一個關於固態電解質的專利中得到證實。

lipon薄膜的製備方法主要有：物理氣相沉積、化學氣相沉積、溶膠-凝膠等各種方法。由於物理氣相沉積製備的lipon薄膜與基體的結合強度高、沉積效率高、工藝成熟穩定而被廣泛應用。而用物理氣相沉積製備lipon薄膜需要使用高密度li3po4靶材，通過能量束轟擊li3po4靶材將其氣化，再經過氮化，生產lipon，再沉積到基體表面形成電解質薄膜。微量的wo3摻雜能降低li3po4的燒結溫度，促進其燒結的緻密化，提高靶材的密度、強度及穩定性，從而提高鍍膜質量。

技術實現要素：
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本發明公開了一種wo3包覆li3po4粉體的製備及其燒結方法。其特徵是用偏鎢酸銨溶於水的特性，將li3po4粉體在偏鎢酸銨水溶液中溼磨，乾燥後在li3po4粉體表面形成分散均勻的偏鎢酸銨包覆層，然後通過偏鎢酸銨在400-600℃下的熱解在li3po4表面形成分散均勻的的wo3包覆層，從而製備出wo3包覆li3po4粉體，實現wo3的均勻摻雜。通過對包覆粉體的燒結，可製備出相對密度高於95％，強度大於45mpa，維氏硬度達大於295mp的wo3摻雜li3po4燒結材料，可作為濺射鍍膜用的靶材。

本發明詳細研究並掌握了摻雜比、球磨參數、熱解溫度等對wo3-li3po4包覆粉末製備過程的影響及其燒結緻密化過程的變化規律，從而可製備出高性能的燒結wo3摻雜li3po4材料。這種材料可經濟、高效的製成各種複雜形狀的產品，主要是濺射鍍膜用的靶材(包括平面靶和旋轉靶)，此外，化工上可做催化劑，用於製備烯丙醇；氣體敏感器中、特種雷射玻璃、光碟、陶瓷材料等。

附圖說明

下面結合附圖對本發明作進一步說明：

附圖1：wo3包覆li3po4粉體的製備工藝流程圖。

附圖2：wo3-li3po4包覆粉體的燒結工藝流程圖。

下面結合附圖對本發明作進一步說明：

如附圖1所示，本發明的wo3包覆li3po4粉體的製備工藝流是：先將li3po4粉末加入到球磨瓶中於偏鎢酸銨((nh4)6h2w12o40·xh2o)水溶液中溼磨混合，充分混合均勻後，經乾燥過篩得到li3po4粉體表面形成分散均勻的偏鎢酸銨包覆層的混合料，將混合料於400-600℃加熱，通過偏鎢酸銨熱解在li3po4粉體表面形成分散均勻的的wo3包覆層，從而製備出wo3包覆li3po4粉體。

如附圖2所示，將wo3包覆li3po4的粉體，加入成形劑聚乙二醇(peg)，然後成型(幹壓、冷 等靜壓、注射成型等)，得到生坯，經脫成型劑後，即可進行常壓燒結或氣壓燒結，得到高強度高密度的wo3摻雜li3po4燒結材料。

本發明的優點在於用一種新的方法製備wo3包覆li3po4粉體，特別適用於微量wo3摻雜，通過對wo3包覆li3po4粉體進行燒結，可製備出高性能燒結wo3摻雜li3po4材料。

具體實施方式：

實例1：2.0wt％wo3包覆li3po4粉體的製備

將市售純度為99.9％li3po4粉末，2.23wt％偏鎢酸銨配製的水溶液裝入球墨瓶中，置於球磨機中溼磨24-96h，乾燥過篩後，將粉體置於400-600℃的爐子中，偏鎢酸銨熱解生成wo3包覆住li3po4，得到各種粉料充分混合、粒徑分布均勻、成型性好、各組分質量比為li3po4∶wo3＝98∶2的wo3包覆li3po4粉體。

實例2：4.0wt％wo3包覆li3po4粉體的製備

將市售純度為99.9％li3po4粉末，4.45wt％偏鎢酸銨配製的水溶液裝入球磨瓶中，置於球磨機中溼磨24-96h，乾燥過篩後，將粉體置於400-600℃的爐子中，偏鎢酸銨熱解生成wo3包覆住li3po4，得到各種粉料充分混合、粒徑分布均勻、成型性好、各組分質量比為li3po4∶wo3＝96∶4的wo3包覆li3po4粉體。

實例3：2.0wt％wo3包覆li3po4粉體的燒結

將製備的wo3包覆li3po4粉體，摻1-5wt％聚乙二醇(peg)作為成型劑，於球磨機中溼磨2h，再乾燥過篩，在100-200mpa壓力下壓製成型，脫成型劑後，在高溫爐內800℃下於空氣中常壓燒結60-180分鐘，隨爐冷卻。這樣製得的燒結wo3包覆li3po4靶材，密度大於2.26g/cm3，相對密度≥92.6％，抗彎強度大於40mpa，維氏硬度大於280mpa。

實例4：4.0wt％wo3包覆li3po4粉體的燒結

將製備的wo3包覆li3po4粉，摻1-5wt％聚乙二醇(peg)作為成型劑，於球磨機中溼磨2h，再乾燥過篩，在100-200mpa壓力下壓製成型，脫成型劑後，在高溫爐內815℃下於空氣中常壓燒結60-180分鐘，隨爐冷卻。這樣製得的燒結wo3包覆wo3靶材，密度大於2.33g/cm3，相對密度≥95.5％，抗彎強度大於45mpa，維氏硬度大於295mpa。