[go: up one dir, main page]

RU2744884C1 - Method of obtaining complex lithium tantalate of strontium and lanthanum - Google Patents

Method of obtaining complex lithium tantalate of strontium and lanthanum Download PDF

Info

Publication number
RU2744884C1
RU2744884C1 RU2020134452A RU2020134452A RU2744884C1 RU 2744884 C1 RU2744884 C1 RU 2744884C1 RU 2020134452 A RU2020134452 A RU 2020134452A RU 2020134452 A RU2020134452 A RU 2020134452A RU 2744884 C1 RU2744884 C1 RU 2744884C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hours
mol
strontium
lanthanum
temperature
Prior art date
Application number
RU2020134452A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Лидия Григорьевна Максимова
Татьяна Александровна Денисова
Яна Викторовна Бакланова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук
Priority to RU2020134452A priority Critical patent/RU2744884C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2744884C1 publication Critical patent/RU2744884C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01DCOMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
    • C01D15/00Lithium compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/495Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on vanadium, niobium, tantalum, molybdenum or tungsten oxides or solid solutions thereof with other oxides, e.g. vanadates, niobates, tantalates, molybdates or tungstates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

FIELD: chemical industry.
SUBSTANCE: invention relates to the field of chemical industry, namely to a method for producing complex lithium tantalate of lanthanum and strontium, used as a solid electrolyte - one of the main components of a lithium-ion battery. The method of obtaining complex lithium tantalum lanthanum and strontium is characterized by the fact that the gel-like hydrated tantalum pentoxide, previously obtained by treating anhydrous tantalum pentoxide with hydrofluoric acid and ammonium hydroxide, is dissolved in 11% nitric acid, taken in an amount of 5 mol / 1 mol Ta+ 5 with the addition of tartaric acid powder, taken in an amount of 5 mol / 1 mol of Ta + 5. Add solutions of lanthanum nitrate, lithium nitrate and strontium nitrate, obtained by dissolving a stoichiometric amount of lanthanum oxide, lithium carbonate and strontium carbonate in 11% nitric acid taken in excess (0.05-0.15 mol). Maintain at a temperature of 140-150°C and vigorous stirring for 4 hours, and then subjected to annealing in three stages: Stage I - at a temperature of 380-400°C for 4 hours; Stage II - at a temperature of 650-680°C for 10 hours; Stage III - at a temperature of 780-800°C for 24 hours with re-mixing and pressing after the second stage.
EFFECT: obtaining a single-phase final product without any impurity inclusions and obtaining high-density ceramics by reducing the particle size of the resulting material.
1 cl

Description

Изобретение относится к области химической промышленности и может быть использовано при получении порошка Li6SrLa2Ta2O12, используемого в качестве твердотельного электролита – одного из основных компонентов литий-ионной батареи.The invention relates to the field of chemical industry and can be used to obtain powder Li 6 SrLa 2 Ta 2 O 12 , used as a solid electrolyte - one of the main components of a lithium-ion battery.

Известен способ получения порошка Li6SrLa2Ta2O12, включающий твердофазное взаимодействие оксида тантала Ta2O5, гидроксида лития LiOH∙ H2O (с 10% избытком), нитрата стронция Sr(NO3)2 и оксида лантана La2O3 (предварительно прокаленного при 900 °C в течение 24 часов). Смесь исходных компонентов подвергают перетиранию в шаровой мельнице с циркониевыми шариками и изопропиловым спиртом в течение 12 часов и отжигают при 700 °C в течение 6 часов. Далее после просушки смесь прессуют в таблетки, покрывают таблетки исходным порошком и отжигают при 900 °C в течение 24 часов (V. Thangadurai, W. Weppner. Li6ALa2Ta2O12 (A = Sr, Ba): novel garnet-like oxides for fast lithium ion conduction. Advanced Functional Materials, 2005, V.15, P.107–112).A known method of obtaining powder Li 6 SrLa 2 Ta 2 O 12 , including the solid-phase interaction of tantalum oxide Ta 2 O 5 , lithium hydroxide LiOH ∙ H 2 O (with 10% excess), strontium nitrate Sr (NO 3 ) 2 and lanthanum oxide La 2 O 3 (pre-calcined at 900 ° C for 24 hours). The mixture of starting components is subjected to grinding in a ball mill with zirconium balls and isopropyl alcohol for 12 hours and annealed at 700 ° C for 6 hours. Then, after drying, the mixture is pressed into tablets, the tablets are coated with the initial powder and annealed at 900 ° C for 24 hours (V. Thangadurai, W. Weppner. Li 6 ALa 2 Ta 2 O 12 (A = Sr, Ba): novel garnet- like oxides for fast lithium ion conduction. Advanced Functional Materials, 2005, V.15, P.107-112).

Недостатками известного способа являются: использование дорогостоящего реактива LiOH – едкого вещества основного характера, при взаимодействии которого с CO2 происходит образование H2O и трудно удаляемого Li2CO3; отсутствие предварительного отжига реактива LiOH, являющегося гигроскопичным соединением; использование шаровой мельницы с циркониевыми шариками, высокая температура отжига, приводящая к взаимодействию смеси исходных реактивов со стенками алундового тигля, и, соответственно, к возможному появлению примеси Al3+ в структуре соединения; невозможность получения высокоплотной керамики, как следствие крупнокристаллического состава конечного материала. The disadvantages of this method are: the use of an expensive reagent LiOH - a caustic substance of the basic nature, when interacting with CO 2 , the formation of H 2 O and difficult to remove Li 2 CO 3 ; no preliminary annealing of LiOH reagent, which is a hygroscopic compound; the use of a ball mill with zirconium balls, high annealing temperature, leading to the interaction of the mixture of initial reagents with the walls of the alundum crucible, and, accordingly, to the possible appearance of Al 3+ impurities in the structure of the compound; the impossibility of obtaining high-density ceramics, as a consequence of the coarse-crystalline composition of the final material.

Известен способ получения порошка Li6SrLa2Ta2O12, включающий твердофазное взаимодействие оксида тантала Ta2O5, гидроксида лития LiOH (с 10% избытком, предварительно прокаленного при 300 °C в течение 24 часов), нитрата стронция Sr(NO3)2 и оксида лантана La2O3 (предварительно прокаленного при 900 °C в течение 24 часов). Смесь исходных компонентов перетирают в течение 30 мин, прессуют в таблетки, покрывают таблетки исходным порошком, помещают в алундовый тигель и отжигают при 700 °C в течение 6 часов в муфельной печи, затем перешихтовывают и отжигают при 900 °C в течение 12 часов (W.G. Zeier, S. Zhou, B. Lopez-Bermudez, K. Page, B.C. Melot, Dependence of the Li-ion conductivity and activation energies on the crystal structure and ionic radii in Li6MLa2Ta2O12, Applied Materials & Interfaces, 2014, V. 6, P. 10900–10907). A known method of obtaining powder Li 6 SrLa 2 Ta 2 O 12 , including the solid-phase interaction of tantalum oxide Ta 2 O 5 , lithium hydroxide LiOH (with a 10% excess, pre-calcined at 300 ° C for 24 hours), strontium nitrate Sr (NO 3 ) 2 and lanthanum oxide La 2 O 3 (pre-calcined at 900 ° C for 24 hours). The mixture of the starting components is ground for 30 min, pressed into tablets, the tablets are coated with the starting powder, placed in an alundum crucible and annealed at 700 ° C for 6 hours in a muffle furnace, then mixed and annealed at 900 ° C for 12 hours (WG Zeier, S. Zhou, B. Lopez-Bermudez, K. Page, BC Melot, Dependence of the Li-ion conductivity and activation energies on the crystal structure and ionic radii in Li 6 MLa 2 Ta 2 O 12 , Applied Materials & Interfaces , 2014, V. 6, P. 10900–10907).

Недостатками известного способа являются: использование дорогостоящего реактива LiOH - гигроскопичного едкого вещества основного характера, при взаимодействии которого с CO2 происходит образование H2O и трудно удаляемого Li2CO3; высокая температура отжига; невозможность получения высокоплотной керамики, как следствие структуры конечного материала, состоящей из крупных кристаллитов. The disadvantages of this method are: the use of an expensive reagent LiOH - a hygroscopic caustic substance of a basic nature, upon interaction with CO 2 , the formation of H 2 O and difficult to remove Li 2 CO 3 ; high annealing temperature; the impossibility of obtaining high-density ceramics, as a consequence of the structure of the final material, consisting of large crystallites.

Известен способ получения порошка Li6SrLa2Ta2O12, включающий твердофазное взаимодействие оксида тантала Ta2O5, карбоната лития Li2CO3 (с 10% избытком), карбоната стронция SrCO3 и оксида лантана La2O3 (предварительно прокаленного при 900 °C в течение 5 часов). Смесь исходных компонентов помещают в алундовый тигель и отжигают при 700 °C в течение 6 часов в муфельной печи. Далее смесь перешихтовывают, прессуют в таблетки, покрывают таблетки исходным порошком, отожжённым при 700 °C в течение 6 часов, и отжигают при 900 °C в течение 15 часов. (Y.V. Baklanova, L.G. Maksimova, O.A. Lipina, A.P. Tyutyunnik, A.Yu. Chufarov, V.G. Zubkov, A red-emitting phosphor based on Eu3+-doped Li6SrLa2Ta2O12 garnets for solid state lighting applications, Materials Research Express, 2019, V. 6, P. 066201).A known method of obtaining powder Li 6 SrLa 2 Ta 2 O 12 , including the solid-phase interaction of tantalum oxide Ta 2 O 5 , lithium carbonate Li 2 CO 3 (with 10% excess), strontium carbonate SrCO 3 and lanthanum oxide La 2 O 3 (pre-calcined at 900 ° C for 5 hours). The mixture of starting components is placed in an alundum crucible and annealed at 700 ° C for 6 hours in a muffle furnace. Then the mixture is stirred, pressed into tablets, coated with the initial powder, annealed at 700 ° C for 6 hours, and annealed at 900 ° C for 15 hours. (YV Baklanova, LG Maksimova, OA Lipina, AP Tyutyunnik, A.Yu. Chufarov, VG Zubkov, A red-emitting phosphor based on Eu 3+ -doped Li 6 SrLa 2 Ta 2 O 12 garnets for solid state lighting applications, Materials Research Express, 2019, V. 6, P. 066201).

Недостатками известного способа являются: высокая температура отжига и невозможность получения высокоплотной керамики, как следствие структуры конечного материала, состоящей из крупных кристаллитов. The disadvantages of this method are: high annealing temperature and the impossibility of obtaining high-density ceramics, as a consequence of the structure of the final material, consisting of large crystallites.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ получения литий-ионного проводящего материала состава Li6SrLa2Ta2O12, обеспечивающий повышение качества конечного продукта за счет получения высокоплотной керамики. Thus, the authors were faced with the task of developing a method for producing a lithium-ion conducting material with the composition Li 6 SrLa 2 Ta 2 O 12 , which would improve the quality of the final product by obtaining high-density ceramics.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения сложного литиевого танталата лантана и стронция, характеризующегося тем, что гелеобразный гидратированный пентаоксид тантала, предварительно полученный путем обработки безводного пентаоксида тантала плавиковой кислотой и гидроксидом аммония, растворяют в 11%-ной азотной кислоте, взятой в количестве 5 моль/1моль Та+5, с добавлением порошка винной кислоты, взятой в количестве 5 моль/1моль Та+5 , и добавляют растворы нитрата лантана, нитрата лития и нитрата стронция, полученные растворением стехиометрического количества оксида лантана, карбоната лития и карбоната стронция в 11% азотной кислоте, взятой с избытком (0,05-0,15 моль), выдерживают при температуре 140-150°С и интенсивном перемешивании в течение 4 час., а затем подвергают отжигу в три стадии: I стадия - при температуре 380-400°C в течение 4-х час.; II стадия - при температуре 650-680°C в течение 10 час.; III стадия - при температуре 780-800°C в течение 24-х час с перешихтовкой и прессованием после второй стадии.The problem is solved in the proposed method for producing complex lithium tantalum of lanthanum and strontium, characterized in that the gel-like hydrated tantalum pentoxide, previously obtained by treating anhydrous tantalum pentoxide with hydrofluoric acid and ammonium hydroxide, is dissolved in 11% nitric acid, taken in an amount of 5 mol / 1 mol Ta+5, with the addition of tartaric acid powder, taken in an amount of 5 mol / 1 mol Ta+5, and add solutions of lanthanum nitrate, lithium nitrate and strontium nitrate, obtained by dissolving a stoichiometric amount of lanthanum oxide, lithium carbonate and strontium carbonate in 11% nitric acid taken in excess (0.05-0.15 mol), kept at a temperature of 140-150 ° C and vigorous stirring for 4 hours, and then annealed in three stages: Stage I - at a temperature of 380-400 ° C for 4 hours; Stage II - at a temperature of 650-680 ° C for 10 hours; Stage III - at a temperature of 780-800 ° C for 24 hours with mixing and pressing after the second stage.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения литий-ионного проводящего материала состава Li6SrLa2Ta2O12 путем осуществления жидкофазного пиролизного процесса в присутствии смеси азотной кислоты и винной кислоты с последующей трехстадийной термообработкой при температурах 380-400°C, 650-680°C и 780-800°C.At present, from the patent and scientific and technical literature, there is no known method for producing a lithium-ion conducting material with the composition Li 6 SrLa 2 Ta 2 O 12 by carrying out a liquid-phase pyrolysis process in the presence of a mixture of nitric acid and tartaric acid, followed by three-stage heat treatment at temperatures of 380-400 ° C, 650-680 ° C and 780-800 ° C.

Как известно из патентных и научно-технических источников, в настоящее время порошок состава Li6SrLa2Ta2O12, используемый в качестве твердотельного электролита в литий-ионных батареях, получают твердофазным способом, при использовании которого конечный продукт формируется в виде порошка с крупными кристаллитами, что обусловливает невозможность получения высокоплотной керамики. Как показали исследования, проведенные авторами, осуществление жидкофазного пиролизного процесса обеспечивает получение мелкокристаллической структуры за счет развития саморазвивающегося высокотемпературного синтеза, идущего по всему объему реакционной смеси без агломерации частиц. При этом принципиальное отличие твердофазного и жидкофазного пиролизного синтеза заключается в том, что в твердофазном синтезе взаимодействиие компонентов осуществляется за счет диффузионных процессов массопереноса, а в жидкофазном синтезе за счет непосредственного взаимодействия диспергированных компонентов в процессе самораспространяющегося пиролизного синтеза, что приводит к получению мелкокристаллического продукта. As is known from patent and scientific and technical sources, at present, a powder of the composition Li 6 SrLa 2 Ta 2 O 12 , used as a solid-state electrolyte in lithium-ion batteries, is obtained by a solid-phase method, in which the final product is formed in the form of a powder with large crystallites, which makes it impossible to obtain high-density ceramics. As shown by the studies carried out by the authors, the implementation of the liquid-phase pyrolysis process provides a fine-crystalline structure due to the development of a self-developing high-temperature synthesis that proceeds throughout the volume of the reaction mixture without particle agglomeration. In this case, the fundamental difference between solid-phase and liquid-phase pyrolysis synthesis is that in solid-phase synthesis, the interaction of components occurs due to diffusion processes of mass transfer, and in liquid-phase synthesis due to the direct interaction of dispersed components in the process of self-propagating pyrolysis synthesis, which leads to the production of a fine-crystalline product.

Как показали исследования, проведенные авторами, взаимодействие в смеси водных нитратных растворов тантала, лантана, лития и стронция в присутствии азотной и винной кислот способствует образованию металл-тартратных комплексов и устраняет разницу в поведении катионов в растворе, что, в свою очередь, приводит к более полному смешению компонентов и предотвращает выпадение осадков при испарении воды. В ходе проведенных исследований авторами было установлено, что использование смеси азотной и винной кислот является предпочтительным, поскольку винная кислота образует растворимые интермедиантные комплексы с гелеобразным гидратированным пентаоксидом тантала, полученным обработкой безводного пентаоксида тантала фтористоводородной кислотой и гидроксидом аммония, и, таким образом, способствует повышению растворимости геля пентаоксида в растворах азотной кислоты. Винная кислота относится к гомологическому ряду двухосновных предельных карбоновых кислот и склонна к образованию хелатных комплексов. Выбор винной кислоты основан на возможности более мягкого протекания реакции пиролиза с участием ионов каталитически-активного металла – стронция. Кроме того, винная кислота легко окисляется, не вносит загрязнений в получаемый продукт, и также взаимодействует с ионами металлов в растворе, включая их в свою структуру.As shown by the studies carried out by the authors, the interaction in a mixture of aqueous nitrate solutions of tantalum, lanthanum, lithium and strontium in the presence of nitric and tartaric acids promotes the formation of metal-tartrate complexes and eliminates the difference in the behavior of cations in solution, which, in turn, leads to more complete mixing of components and prevents precipitation from evaporation of water. In the course of their studies, the authors found that the use of a mixture of nitric and tartaric acids is preferable, since tartaric acid forms soluble intermediate complexes with gel-like hydrated tantalum pentoxide obtained by treating anhydrous tantalum pentoxide with hydrofluoric acid and ammonium hydroxide, and thus contributes to an increase in solubility pentaoxide gel in nitric acid solutions. Tartaric acid belongs to the homologous series of dibasic saturated carboxylic acids and tends to form chelate complexes. The choice of tartaric acid is based on the possibility of a milder course of the pyrolysis reaction with the participation of ions of a catalytically active metal - strontium. In addition, tartaric acid is easily oxidized, does not contaminate the resulting product, and also interacts with metal ions in solution, including them in its structure.

Введение азотной кислоты менее 5 молей на 1 моль Ta5+ и винной кислоты менее 5 молей на 1 моль Ta5+ не обеспечивает полного прохождения реакции, поскольку конечный продукт - Li6SrLa2Ta2O12 по данным рентгенофазового анализа загрязнен примесями диоксида тантала Ta2O5. Введение азотной кислоты более 5 молей на 1 моль Ta5+ и винной кислоты более 5 молей на 1 моль Ta5+ нецелесообразно, поскольку их содержание должно соответствовать количеству тантала, содержащегося в геле Ta2O5∙nH2O. Азотная кислота, добавленная в избытке по отношению к стехиометрическому содержанию оксида лантана, карбонатов стронция и лития, способствует полному переводу исходных соединений в нитраты и инициирует процесс пиролиза, являясь окислителем органических лигандов металл-тартратных комплексов. Использование растворов нитратов, содержащих избыток азотной кислоты менее 0.05 мол, не обеспечивает инициирование саморазвивающегося процесса возгорания сухой реакционной смеси. При использовании растворов нитратов, содержащих избыток азотной кислоты более 0.15 моля, наблюдается бурное выделение газов (NOх), что усложняет технологически проведение процесса синтеза. Выдержка смеси водных нитратных растворов тантала, лантана, лития и стронция в присутствии азотной и винной кислот при 140-150 °C и интенсивном перемешивании препятствует вскипанию растворов, обеспечивая их концентрирование. The introduction of nitric acid less than 5 moles per 1 mole of Ta 5+ and tartaric acid less than 5 moles per 1 mole of Ta 5+ does not provide a complete reaction, since the final product - Li 6 SrLa 2 Ta 2 O 12, according to X-ray phase analysis, is contaminated with impurities of tantalum dioxide Ta 2 O 5 . The introduction of more than 5 moles of nitric acid per 1 mole of Ta 5+ and tartaric acid of more than 5 moles per 1 mole of Ta 5+ is impractical, since their content should correspond to the amount of tantalum contained in the Ta 2 O 5 ∙ nH 2 O gel. Nitric acid added in excess with respect to the stoichiometric content of lanthanum oxide, strontium and lithium carbonates, promotes the complete conversion of the starting compounds into nitrates and initiates the pyrolysis process, being an oxidizer of organic ligands of metal-tartrate complexes. The use of nitrate solutions containing an excess of nitric acid of less than 0.05 mol does not provide the initiation of a self-developing process of ignition of a dry reaction mixture. When using nitrate solutions containing an excess of nitric acid of more than 0.15 mol, violent evolution of gases (NO x ) is observed, which complicates the technological process of the synthesis. Holding a mixture of aqueous nitrate solutions of tantalum, lanthanum, lithium and strontium in the presence of nitric and tartaric acids at 140-150 ° C and vigorous stirring prevents the solutions from boiling, ensuring their concentration.

Ступенчатый отжиг с выдержкой на каждом этапе благоприятен для равномерного разложения и выгорания металл-тартратного комплекса и позволяет избежать воспламенения содержимого тигля. Выдержка при температуре 380-400°C необходима для частичного разложения органической составляющей комплекса; при отсутствии выдержки в интервале 380-400°C резкое повышение температуры приводит к бурному выделению продуктов разложения и к частичной потере продукта за счет выброса из тигля. Выдержка при температуре 650-680°C способствует дальнейшему разложению металл-тартратного комплекса в виде газообразных оксидов (NOx, CO2) и началу формирования фазы Li6SrLa2Ta2O12. Длительная выдержка предварительно спрессованных образцов при 780-800 °C приводит к полному формированию однофазного продукта состава Li6SrLa2Ta2O12. Образец имеет белый цвет и является высокодисперсным (0.5-1.5 мкм.). При температуре выше 800 °C наблюдается спекание образца с формированием более крупных кристаллитов. Step annealing with holding at each stage is favorable for uniform decomposition and burnout of the metal-tartrate complex and avoids ignition of the crucible contents. Exposure at a temperature of 380-400 ° C is necessary for the partial decomposition of the organic component of the complex; in the absence of holding in the range of 380-400 ° C, a sharp increase in temperature leads to a violent release of decomposition products and to a partial loss of the product due to ejection from the crucible. Holding at a temperature of 650-680 ° C promotes further decomposition of the metal-tartrate complex in the form of gaseous oxides (NO x , CO 2 ) and the beginning of the formation of the Li 6 SrLa 2 Ta 2 O 12 phase. Long exposure of pre-pressed samples at 780-800 ° C leads to the complete formation of a single-phase product of the composition Li 6 SrLa 2 Ta 2 O 12 . The sample is white and highly dispersed (0.5-1.5 microns). At temperatures above 800 ° C, sintering of the sample is observed with the formation of larger crystallites.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Берут: Li2CO3 (x.ч.), SrCO3 (x.ч.), La2O3 (ч.д.а), Ta2O5∙42 Н2О, HNO3 (ос.ч.), C4H6O6 (ч.д.а.). Гелеобразный гидратированный пентаоксид Ta2O5∙42H2O, предварительно полученный путем обработки плавиковой кислотой безводного пентаоксида тантала при мольном соотношении Ta2O5:HF=1:14 с последующим добавлением гидроксида аммония при мольном соотношении NH4OH: Ta2O5=12:1, растворяют в 11%-ной азотной кислоте HNO3, взятой в количестве 5 моль на 1 моль Та+5, добавляют порошок винной кислоты C4H6O6, взятой в количестве 5 молей на 1 моль Та+5. Затем в полученный раствор добавляют смесь нитратов La, Li и Sr, полученных растворением стехиометрического количества La2O3 (ч.д.а), Li2CO3 (x.ч.), SrCO3 (x.ч.) в 11% азотной кислоте, взятой с избытком (0,05-0,15 моль). Далее смесь растворов в виде жидкой суспензии молочно-белого цвета выдерживают в термостойком стакане (V = 250 мл) при температуре 140-150 °C и интенсивном перемешивании в течение 4 час. до уменьшения объема в три-четыре раза и образования пенистой смолоподобной массы кирпичного цвета, превращающейся при дальнейшем высушивании в темно-коричневый сухой остаток. Затем проводят термообработку поэтапно в три стадии в интервалах температур: 380-400°C в течение 4-х час., 650-680°C в течение 10 час. и 780-800°C в течение 24-х час. с перешихтовкой и прессованием после второй стадии отжига.The proposed method can be implemented as follows. Take: Li 2 CO 3 (x.ch.), SrCO 3 (x.ch.), La 2 O 3 (ch.d.a), Ta 2 O 5 ∙ 42 H 2 O, HNO 3 (os.ch .), C 4 H 6 O 6 (analytical grade). Gel-like hydrated Ta 2 O 5 ∙ 42H 2 O pentoxide, previously obtained by treatment with hydrofluoric acid of anhydrous tantalum pentoxide at a molar ratio of Ta 2 O 5 : HF = 1: 14, followed by the addition of ammonium hydroxide at a molar ratio of NH 4 OH: Ta 2 O 5 = 12: 1, dissolved in 11% nitric acid HNO 3 , taken in an amount of 5 mol per 1 mol of Ta +5 , add powder of tartaric acid C 4 H 6 O 6 , taken in an amount of 5 moles per 1 mol of Ta +5 ... Then, the resulting solution was added a mixture of nitrates, La, Li and Sr, obtained by dissolving stoichiometric amounts of La 2 O 3 (ch.d.a), Li 2 CO 3 (x.ch.), SrCO 3 (x.ch.) 11 % nitric acid taken in excess (0.05-0.15 mol). Next, a mixture of solutions in the form of a milky-white liquid suspension is kept in a heat-resistant glass (V = 250 ml) at a temperature of 140-150 ° C and vigorous stirring for 4 hours. until the volume is reduced by three to four times and the formation of a foamy resinous mass of a brick color, which, upon further drying, turns into a dark brown dry residue. Then heat treatment is carried out in stages in three stages in the temperature ranges: 380-400 ° C for 4 hours, 650-680 ° C for 10 hours. and 780-800 ° C for 24 hours. with remixing and pressing after the second stage of annealing.

Полученный продукт по данным рентгенофазового и химического анализов является однофазным и соответствует формуле Li6SrLa2Ta2O12. Средний размер кристаллитов по данным сканирующей электронной микроскопии составляет 0.5-1.5 мкм.The resulting product, according to X-ray phase and chemical analyzes, is single-phase and corresponds to the formula Li 6 SrLa 2 Ta 2 O 12 . The average crystallite size according to scanning electron microscopy data is 0.5-1.5 μm.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами. The proposed method is illustrated by the following examples.

Пример 1. Берут 1, 4225 гр. Li2CO3 (x.ч.) с избытком по литию 20 % и 0.7894 гр. SrCO3 (x.ч.), прокаленные при 500°C в течение 2 час.; 1,7423гр. La2O3 (ч.д.а), прокаленный при 900°C в течение 4 час.; 6,35гр Ta2O5∙42H2O, 55 мл 11%-ной HNO3 (ос.ч.), 8,02 гр. C4H6O6 (ч.д.а.). Гелеобразный гидратированный пентаоксид тантала Ta2O5∙42H2O растворяют в 30 мл 11%-ной азотной кислоты HNO3, что соответствует 5 молям HNO3 на 1 моль Та+5, добавляют 8,02 гр. порошка C4H6O6, что соответствует 5 молям C4H6O6 на 1 моль Та+5. Затем в полученный раствор вливают смесь нитратов лития, стронция, лантана, приготовленную растворением стехиометрической смеси Li2CO3, SrCO3 и La2O3 в 25мл. 11% HNO3, взятой с избытком 0,05 моль. Далее смешанный раствор в виде жидкой суспензии молочно-белого цвета выдерживают в термостойком стакане (V = 250 мл) при температуре 140 °C и интенсивном перемешивании в течение 4 час. до уменьшения объема в три-четыре раза и образования пенистой смолоподобной массы кирпичного цвета, превращающейся при дальнейшем высушивании в темно-коричневый сухой остаток. Термообработку проводят поэтапно в три стадии: 380 °C в течение 4-х час., 680 °C в течение 10 час., 780°C в течение 24 час. с перешихтовкой и прессованием после второй стадии отжига. Полученный продукт по данным рентгенофазового, химического анализов является однофазным и соответствует формуле Li6SrLa2Ta2O12. Средний размер кристаллитов по данным сканирующей электронной микроскопии составляет 0.5-1.3 мкм.Example 1. Take 1, 4225 gr. Li 2 CO 3 (chemically pure grade) with a lithium excess of 20% and 0.7894 g. SrCO 3 (x.p.), calcined at 500 ° C for 2 hours; 1.7423gr. La 2 O 3 (analytical grade), calcined at 900 ° C for 4 hours; 6.35 g Ta 2 O 5 ∙ 42H 2 O, 55 ml of 11% HNO 3 (extra pure grade), 8.02 g. C 4 H 6 O 6 (analytical grade). Gel-like hydrated tantalum pentoxide Ta 2 O 5 ∙ 42H 2 O is dissolved in 30 ml of 11% nitric acid HNO 3 , which corresponds to 5 moles of HNO 3 per 1 mole of Ta + 5 , add 8.02 g. powder C 4 H 6 O 6 , which corresponds to 5 moles of C 4 H 6 O 6 per 1 mole of Ta +5 . Then a mixture of lithium, strontium, lanthanum nitrates, prepared by dissolving a stoichiometric mixture of Li 2 CO 3 , SrCO 3 and La 2 O 3 in 25 ml, is poured into the resulting solution. 11% HNO 3 taken in excess of 0.05 mol. Next, the mixed solution in the form of a milky-white liquid suspension is kept in a heat-resistant glass (V = 250 ml) at a temperature of 140 ° C and vigorous stirring for 4 hours. until the volume is reduced by three to four times and the formation of a foamy resinous mass of a brick color, which, upon further drying, turns into a dark brown dry residue. Heat treatment is carried out in stages in three stages: 380 ° C for 4 hours, 680 ° C for 10 hours, 780 ° C for 24 hours. with remixing and pressing after the second stage of annealing. The resulting product, according to X-ray phase and chemical analyzes, is single-phase and corresponds to the formula Li 6 SrLa 2 Ta 2 O 12 . The average crystallite size according to scanning electron microscopy data is 0.5-1.3 μm.

Пример 2. Берут 1.6368 гр. Li2CO3 (x.ч.) с избытком по литию 20 % и 0.9084 гр. SrCO3 (x.ч.), прокаленные при 500°C в течение 2 час.; 2.0048 гр. La2O3 (ч.д.а), прокаленный при 900°C в течение 4 час.; 6,54 гр. Ta2O542Н2О, 57 мл 11%-ной HNO3 (ос.ч.), 8,18 гр. C4H6O6 (ч.д.а.). Гелеобразный гидратированный пентаоксид тантала Ta2O5∙42H2O растворяют в 30  мл 11%-ной азотной кислоты HNO3, что соответствует 5 молям HNO3 на 1 моль Та+5, добавляют 8,18 гр. порошка C4H6O6, что соответствует 5 молям C4H6O6·H2O на 1 моль Та+5. Затем в полученный раствор вливают смесь нитратов лития, стронция, лантана, приготовленную растворением стехиометрической смеси Li2CO3, SrCO3 и La2O3 в 27 мл. 11% HNO3, взятой с избытком 0,15 моль. Далее смешанный раствор в виде жидкой суспензии молочно-белого цвета выдерживают в термостойком стакане (V = 250 мл) при температуре 150 °C и интенсивном перемешивании в течение 4 час. до уменьшения объема в три-четыре раза и образования пенистой смолоподобной массы кирпичного цвета, превращающейся при дальнейшем высушивании в темно-коричневый сухой остаток. Термообработку проводят поэтапно в три стадии: 400 °C в течение 4 час., 650 °C в течение 10 час., 800°C в течение 24 час. с перешихтовкой и прессованием после второй стадии отжига. Полученный продукт по данным рентгенофазового, химического анализов является однофазным и соответствует формуле Li6SrLa2Ta2O12. Средний размер кристаллитов по данным сканирующей электронной микроскопии составляет 0.5-1.5 мкм.Example 2. Take 1.6368 gr. Li 2 CO 3 (chemically pure grade) with a lithium excess of 20% and 0.9084 g. SrCO 3 (x.p.), calcined at 500 ° C for 2 hours; 2.0048 gr. La 2 O 3 (analytical grade), calcined at 900 ° C for 4 hours; 6.54 gr. Ta 2 O 5 42Н 2 О, 57 ml of 11% HNO 3 (extra pure grade), 8.18 g. C 4 H 6 O 6 (analytical grade). Gel-like hydrated tantalum pentoxide Ta 2 O 5 ∙ 42H 2 O is dissolved in 30 ml of 11% nitric acid HNO 3 , which corresponds to 5 moles of HNO 3 per 1 mole of Ta +5 , 8.18 g is added. powder C 4 H 6 O 6 , which corresponds to 5 moles of C 4 H 6 O 6 · H 2 O per 1 mol of Ta +5 . Then, a mixture of lithium, strontium, lanthanum nitrates is poured into the resulting solution, prepared by dissolving a stoichiometric mixture of Li 2 CO 3 , SrCO 3 and La 2 O 3 in 27 ml. 11% HNO 3 taken in excess of 0.15 mol. Next, the mixed solution in the form of a milky-white liquid suspension is kept in a heat-resistant glass (V = 250 ml) at a temperature of 150 ° C and vigorous stirring for 4 hours. until the volume is reduced by three to four times and the formation of a foamy resinous mass of a brick color, which, upon further drying, turns into a dark brown dry residue. Heat treatment is carried out in stages in three stages: 400 ° C for 4 hours, 650 ° C for 10 hours, 800 ° C for 24 hours. with remixing and pressing after the second stage of annealing. The resulting product, according to X-ray phase and chemical analyzes, is single-phase and corresponds to the formula Li 6 SrLa 2 Ta 2 O 12 . The average crystallite size according to scanning electron microscopy data is 0.5-1.5 μm.

Таким образом, авторами предлагается способ получения сложного литиевого танталата лантана и стронция, обеспечивающий получение однофазного конечного продукта без каких-либо примесных включений и получение высокоплотной керамики за счет уменьшения размерности частиц получаемого материала. Thus, the authors propose a method for producing complex lithium tantalate of lanthanum and strontium, which provides a single-phase final product without any impurity inclusions and obtains high-density ceramics by reducing the particle size of the resulting material.

Claims (1)

Способ получения сложного литиевого танталата лантана и стронция, характеризующийся тем, что гелеобразный гидратированный пентаоксид тантала, предварительно полученный путем обработки безводного пентаоксида тантала плавиковой кислотой и гидроксидом аммония, растворяют в 11%-ной азотной кислоте, взятой в количестве 5 моль/1 моль Та+5 с добавлением порошка винной кислоты, взятой в количестве 5 моль/1 моль Та+5 , и добавляют растворы нитрата лантана, нитрата лития и нитрата стронция, полученные растворением стехиометрического количества оксида лантана, карбоната лития и карбоната стронция в 11%-ной азотной кислоте, взятой с избытком (0,05-0,15 моль), выдерживают при температуре 140-150°С и интенсивном перемешивании в течение 4 ч, а затем подвергают отжигу в три стадии: I стадия - при температуре 380-400°C в течение 4 ч; II стадия - при температуре 650-680°C в течение 10 ч; III стадия - при температуре 780-800°C в течение 24 ч с перешихтовкой и прессованием после второй стадии. A method of obtaining complex lithium tantalum of lanthanum and strontium, characterized in that the gel-like hydrated tantalum pentoxide, previously obtained by treating anhydrous tantalum pentoxide with hydrofluoric acid and ammonium hydroxide, is dissolved in 11% nitric acid, taken in an amount of 5 mol / 1 mol Ta+5 with the addition of tartaric acid powder, taken in an amount of 5 mol / 1 mol Ta+5, and add solutions of lanthanum nitrate, lithium nitrate and strontium nitrate, obtained by dissolving a stoichiometric amount of lanthanum oxide, lithium carbonate and strontium carbonate in 11% nitric acid taken in excess (0.05-0.15 mol), kept at a temperature of 140- 150 ° C and vigorous stirring for 4 hours, and then annealed in three stages: Stage I - at a temperature of 380-400 ° C for 4 hours; Stage II - at a temperature of 650-680 ° C for 10 hours; Stage III - at a temperature of 780-800 ° C for 24 hours with mixing and pressing after the second stage.
RU2020134452A 2020-10-21 2020-10-21 Method of obtaining complex lithium tantalate of strontium and lanthanum RU2744884C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020134452A RU2744884C1 (en) 2020-10-21 2020-10-21 Method of obtaining complex lithium tantalate of strontium and lanthanum

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020134452A RU2744884C1 (en) 2020-10-21 2020-10-21 Method of obtaining complex lithium tantalate of strontium and lanthanum

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2744884C1 true RU2744884C1 (en) 2021-03-16

Family

ID=74874445

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020134452A RU2744884C1 (en) 2020-10-21 2020-10-21 Method of obtaining complex lithium tantalate of strontium and lanthanum

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2744884C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116930357A (en) * 2023-06-28 2023-10-24 中国科学院地质与地球物理研究所 Method for rapidly preparing and testing strontium isotopes of wine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2561919C1 (en) * 2014-07-08 2015-09-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российский академии наук Method of lithium-ion conducting material manufacturing
US9963394B2 (en) * 2015-02-02 2018-05-08 National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc Method for producing dense lithium lanthanum tantalate lithium-ion conducting ceramics
EP2786440B1 (en) * 2011-11-29 2019-06-12 Corning Incorporated Reactive sintering of ceramic lithium-ion solid electrolytes
RU2704990C1 (en) * 2019-07-09 2019-11-01 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук Lanthanum and calcium complex lithium tantalate producing method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2786440B1 (en) * 2011-11-29 2019-06-12 Corning Incorporated Reactive sintering of ceramic lithium-ion solid electrolytes
RU2561919C1 (en) * 2014-07-08 2015-09-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российский академии наук Method of lithium-ion conducting material manufacturing
US9963394B2 (en) * 2015-02-02 2018-05-08 National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc Method for producing dense lithium lanthanum tantalate lithium-ion conducting ceramics
RU2704990C1 (en) * 2019-07-09 2019-11-01 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук Lanthanum and calcium complex lithium tantalate producing method

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BIYI XU et al., Multistep sintering to synthesize fast lithium garnets, Journal of Power Sources, V. 302, 20 January 2016, p. 291-297. *
Y.V. BAKLANOVA et al., A red-emitting phosphor based on Eu3+-doped Li6SrLa2Ta2O12 garnets for solid state lighting applications, Materials Research Express, 2019, V.6, p.066201. *
YANA V.BAKLANOVA et al., Novel orange-red-emitting Li5+xCaxLa3-xTa2O12:Sm3+ (x = 0; 1) phosphors: Crystal structure, luminescence and thermal quenching studies, Journal of Luminescence, V. 224, August 2020, 117315. *
YANA V.BAKLANOVA et al., Novel orange-red-emitting Li5+xCaxLa3-xTa2O12:Sm3+ (x = 0; 1) phosphors: Crystal structure, luminescence and thermal quenching studies, Journal of Luminescence, V. 224, August 2020, 117315. BIYI XU et al., Multistep sintering to synthesize fast lithium garnets, Journal of Power Sources, V. 302, 20 January 2016, p. 291-297. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116930357A (en) * 2023-06-28 2023-10-24 中国科学院地质与地球物理研究所 Method for rapidly preparing and testing strontium isotopes of wine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Santos et al. Studies on the hydrothermal synthesis of niobium oxides
RU2744884C1 (en) Method of obtaining complex lithium tantalate of strontium and lanthanum
CN103420403B (en) A kind of preparation technology of lithium fluoride
KR100366226B1 (en) Preparation methode of cathode materials for Li-secondary battery
RU2493638C1 (en) METHOD OF PRODUCING PARTICLES OF SOLID ELECTROLYTE Li1+XAlXTi2-X(PO4)3 (0,1≤x≤0,5)
JP2000159786A (en) Organotitanium peroxide compound, its production and formation of complex oxide containing titanium
EP0275151A2 (en) Method for producing crystalline complex perovskite compounds
DE68918100T2 (en) METAL OXIDE CERAMIC POWDER AND METHODS OF PRODUCTION.
RU2704990C1 (en) Lanthanum and calcium complex lithium tantalate producing method
US6296830B1 (en) Layered structure manganese dioxide for cathode material in lithium rechargeable cell and process for producing the same
RU2561919C1 (en) Method of lithium-ion conducting material manufacturing
US20110044876A1 (en) Low temperature metal oxide synthesis
De Guire et al. Coprecipitation synthesis of doped lanthanum chromite
CN107523297A (en) Upper conversion emitting red light powder and preparation method thereof
RU2807408C1 (en) Sodium-bismuth-zirconium complex molybdate
RU2440298C2 (en) Method of producing lithium zirconate powder
RU2583762C1 (en) Method of producing powder of solid electrolyte with high conductivity on lithium ion
RU2803302C1 (en) Method for obtaining complex oxide of niobium and strontium
CN1171369A (en) Process for preparing nm-class bismuth titanate and its sosoloid
RU2775986C1 (en) Double sodium-bismuth molybdate, and its production method
RU2829326C1 (en) Method of producing cathode material for lithium-ion batteries
RU2446105C1 (en) Method of producing titanates of alkali-earth metals or lead
RU2776111C1 (en) METHOD FOR PRODUCING MIXTURES OF Li2BeF4-LiF FROM METALLIC BERYLLIUM
RU2772529C1 (en) Method for obtaining double zirconium-sodium molybdate
JP5696989B2 (en) Method for producing nitrate-forming metal and Ge oxide