(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211268119.8 (22)申请日 2022.10.17 (71)申请人 合肥国轩高科动力能源 有限公司 地址 230012 安徽省合肥市新站区岱河路 599号 申请人 上海松江长三角产业 技术研究院 (72)发明人 李郭威　石孟竹　刘星　雷彬　 闵长青　高玉仙　毛四方　 (74)专利代理 机构 北京康信知识产权代理有限 责任公司 1 1240 专利代理师 白雪 (51)Int.Cl. C01B 25/45(2006.01) H01M 10/0525(2010.01) H01M 10/0562(2010.01)B82Y 40/00(2011.01) (54)发明名称 纳米级磷酸钛铝锂材 料、 其制备方法及应用 (57)摘要 本发明提供了一种纳米级磷酸钛铝锂 材料、 其制备方法及应用。 该制备方法包括将钛源、 锂 源、 磷源、 铝源、 醇类溶剂依次加入酸性络合剂水 溶液中， 得到液溶胶进行干燥， 得到干凝胶在空 气氛围下进行第一烧结， 随后 在惰性气体氛围下 进行高温第二烧 结， 最后在空气氛围下进行第三 烧结， 得到纳米级磷酸钛铝锂材料。 本发明在制 备过程中加入了一次惰性气体氛围烧结过程和 两次空气氛围低温烧结过程， 在惰性气体氛围下 形成碳包裹网络抑制磷酸钛铝锂晶体的生长， 在 空气氛围下去除碳网络并使磷酸钛铝锂进行结 晶， 低温也不会促进晶粒生长， 因此制得的磷酸 钛铝锂材料具有＜ 40nm的颗粒尺寸， 30～ 60nm的 粒径分布， 以及超高的相对密度和离 子电导率。 权利要求书2页 说明书9页 附图1页 CN 115403022 A 2022.11.29 CN 115403022 A 1.一种纳米级磷酸 钛铝锂材 料的制备 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤S1， 获取锂 源、 铝源、 钛源、 磷 源、 酸性络合剂和醇类溶剂； 步骤S2， 将所述酸性络合剂配制成酸性络合剂水溶液， 将所述钛源加入到所述酸性络 合剂水溶液中， 得到第一混合溶 液； 步骤S3， 将所述锂 源和磷源加入到所述第一混合溶 液中， 得到第二混合溶 液； 步骤S4， 将所述铝源加入到所述第二混合溶 液中， 得到第三混合溶 液； 步骤S5， 将所述醇类溶剂加入到所述第三混合溶 液中， 得到液 溶胶； 步骤S6， 调节所述液溶胶的pH为6～8， 得到中性液溶胶， 将所述中性液溶胶进行干燥， 得到干凝胶； 步骤S7， 将所述干凝胶在空气氛围下进行第一烧结， 升温至200～500℃烧结2～6h， 得 到预脱碳干 凝胶； 步骤S8， 将所述预脱碳干凝胶在惰性气体氛围下进行第二烧结， 先升温至300～600℃ 烧结3～7h， 随后升温至70 0～950℃烧结2 ～6h， 得到纳米级磷酸 钛铝锂材 料前驱体； 步骤S9， 将所述纳米级磷酸钛铝锂材料前驱体在所述空气氛围下进行第三烧结， 升温 至300～600℃烧结18～ 22h， 得到所述纳米级磷酸 钛铝锂材 料； 其中， 所述纳米级磷酸 钛铝锂材 料的D50为30～60nm。 2.根据权利要求1所述的制备方法， 其特征在于， 所述锂源、 铝源、 钛源和磷源的摩尔比 符合以下化学通式： L i1+xAlxTi2‑x(PO4)3， 其中， x为0.3～0.5 。 3.根据权利要求1或2所述的制备方法， 其特征在于， 所述酸性络合剂与所述醇类溶剂 的摩尔数之和与所述液溶胶中的金属阳离子的摩尔比为(6～10):1； 优选地， 所述酸性络合 剂与所述醇类溶剂的摩尔比为1:1； 更优选地， 所述酸性络合剂水溶液的质量浓度为40～ 60wt.％。 4.根据权利要求1至 3中任一项所述的制备 方法， 其特 征在于， 所述锂源为碳酸锂、 硝酸锂、 氢 氧化锂和氧化锂的一种或多种； 所述铝源为 碳酸铝、 硝酸铝、 氧化铝、 氢 氧化铝和氯化铝的一种或多种； 所述钛源为钛酸、 钛酸四乙酯、 钛 酸四丁酯和钛 酸异丙酯的一种或多种； 所述磷源为磷酸、 磷酸 二氢铵、 磷酸氢二铵和磷酸铵的一种或多种； 所述酸性络合剂为柠檬酸、 苹果酸、 丙二酸、 丁二酸、 琥珀酸、 羟基乙酸、 氨基乙酸、 乳 酸、 酒石酸和乙二胺四乙酸的一种或多种； 所述醇类溶剂为无 水乙醇、 乙二醇和丙三醇的一种或多种。 5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备 方法， 其特 征在于， 所述步骤S2中， 在第一搅拌下将所述钛源加入到所述酸性络合剂水溶液中， 所述第一 搅拌的时间为2 ～6h； 所述步骤S3中， 在第二搅拌下将所述锂源和磷源加入到所述第一混合溶液中， 所述第 二搅拌的时间为1～5 h； 所述步骤S4中， 在第三搅拌下将所述铝源加入到所述第二混合溶液中， 所述第三搅拌 的时间为1～5 h； 所述步骤S5中， 在第 四搅拌下将所述醇类溶剂加入到所述第三混合溶液中， 所述第 四 搅拌的时间为0.5～ 2.5h。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115403022 A 26.根据权利要求1至5中任一项所述的制备方法， 其特征在于， 所述中性液溶胶的干燥 温度为10 0～150℃， 干燥时间为10～15 h。 7.根据权利要求1至6 中任一项所述的制备方法， 其特征在于， 所述第 一烧结、 所述第二 烧结和所述第三烧结过程中， 升温速率分别独立地为 1～4℃/min； 优选地， 所述惰性气体氛 围为氮气、 氩气或氦气。 8.一种纳米级磷酸钛铝锂材料， 其特征在于， 由权利要求1至7中任一项所述的制备方 法得到； 优选地， 所述纳米级磷酸钛铝锂 材料的D50为30～60nm， 相对密度≥96％， 离子电导 率≥5.8×10‑4s/cm。 9.权利要求8所述的纳米级磷酸 钛铝锂材 料在锂离 子电池固态电解质中的应用。 10.一种电池， 包括正极、 负极和电解质， 其特征在于， 所述电解质包括权利要求8所述 的纳米级磷酸 钛铝锂材 料。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115403022 A 3