一种壳核结构锂电池固体电解质及制备方法技术

技术编号:20799962 阅读:31 留言:0更新日期:2019-04-06 13:41
本发明专利技术公开了一种壳核结构锂电池固体电解质及制备方法。所述固体电解质由以下步骤制得:a、将硫化物冷冻研磨制成纳米硫化物颗粒;b、将硅烷水解得到凝胶物;c、将凝胶物、锂盐、聚四氟乙烯乳液分散均匀,得到胶状物;d、将胶状物高压喷射于纳米硫化物颗粒表面,即得壳核结构锂电池固体电解质。所述方法具有以下有益效果:本发明专利技术利用锂盐包覆在纳米硫化物颗粒表面,制备得到的固体电解质电导率高,电化学性能优异,化学稳定性好,具有良好的耐久性和循环稳定性能,适合于磷酸铁锂、镍钴锰酸锂三元材料、钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂为正极的锂电池,应用范围广。

A solid electrolyte for lithium battery with shell-core structure and its preparation method

The invention discloses a solid electrolyte for lithium battery with shell-core structure and a preparation method thereof. The solid electrolyte is prepared by the following steps: A, freezing and grinding sulfide to form nano sulphide particles; B, hydrolyzing silane to get gel; C, dispersing gel, lithium salt and polytetrafluoroethylene emulsion evenly, obtaining colloid; D, injecting colloid onto the surface of nano sulfide particles, and obtaining solid electrolyte of shell cell lithium battery. The method has the following beneficial effects: the solid electrolyte prepared by the method has high conductivity, excellent electrochemical performance, good chemical stability, good durability and cycle stability, and is suitable for lithium iron phosphate, lithium nickel cobalt manganate ternary material, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide and lithium manganate as cathode lithium batteries. It has a wide range of applications.

【技术实现步骤摘要】
一种壳核结构锂电池固体电解质及制备方法
本专利技术涉及锂电池领域,具体涉及锂电池电解质的制备,尤其是涉及一种壳核结构锂电池固体电解质及制备方法。
技术介绍
锂离子电池因具有输出电压高、能量密度高、循环寿命长、安全性能好、无记忆效应等特点,作为主要的储能器件成功应用于移动电源领域。为了进一步满足电动汽车的需求,更长循环寿命、安全性更好、能量密度更高的电极材料以及锂电池体系成为研究热点。传统的锂离子电池采用的电解液体系为溶有锂盐的有机液体,目前锂离子电池普遍使用传统的液态电解质,液态电解质拥有较高的室温离子电导率,但其加工密封困难,在使用过程中存在包装容易受损、电解质与电极材料发生反应,过充和易生成锂枝晶等情况,导致漏液、爆炸和内部短路等相关的安全问题。当电池外部温度升高、大电流充放电或短路时容易导致电池内部温度升高,从而使电池密封失效,可燃性气体与有机溶剂在高温下遇到氧气发生爆炸。为了改善这些问题以及人们对环保意识的提高,研究者尝试使用固态电解质代替液体电解质来制备全固态电池。利用固态电解质逐步代替有机电解液,形成准固态、半固态以及全固态电池,会比传统使用的有机电解液的锂电池能量密度更高、使用寿命更长、更为安全。目前的固态电解质主要有聚合物固体电解质、氧化物固体电解质、硫化物固体电解质。其中聚合物电解质质轻、弹性好、易成膜、易加工,锂离子迁移数高,但在高温下流动性强,难以抵制锂枝晶生长;氧化物电解质机械性能好,但电导率低、成型加工难度大、机械柔韧性差,电解质和正极材料的界面接触难以解决;硫化物固体电解质具有较高的电导率和柔韧性,界面接触的问题较容易解决,通过冷压就解决正极和电解质的界面接触的问题,因而其应用广受关注。专利申请号201810047984.7公开了一种硫化物固体电解质,具有式I或式II所示的化学式:Li3+3xP1-xZnxS4-xOx为式I;Li3P1-xSbxS4-2.5xO2.5x为式II;其中,0.01≤x≤0.05。该专利技术主要是通过将一定量ZnO或Sb2O5对硫化物固体电解质材料Li3PS4进行双掺杂改性。专利申请号201810125761.8公开了一种空气稳定硫化物钠离子固体电解质及其制备方法,该硫化物钠离子固体电解质的化学式为Na4-xSn1-xMxS4-yOy,其中,M为P、As、Sb中的至少一种,0.05≤x≤0.5,0≤y≤0.5。硫化物钠离子固体电解质的晶体结构具有I41/acd空间群,孤立[Sn/M]4四面体构成骨架,钠离子填充五个未占满的晶体位置。专利申请号201810461344.0公开了一种硫化物固体电解质的制备方法,包括如下步骤:(1)将硫粉、氢化锂、五硫化二磷、磷酸锂原材料在真空干燥箱内烘干;(2)在惰性气氛保护下,按照质量百分比15~40%硫粉、5~20%氢化锂、50~70%五硫化二磷、0~10%磷酸锂,分别称取上述的干燥后的原材料,在研钵中预研磨5~20分钟,加入到密封的球磨罐中,室温下转速为200~600r/min条件下球磨24~60h;(3)球磨反应结束后,在惰性气氛下,将粉体从球磨罐中取出,加入到坩埚中,在高温管式炉中,在氮气气氛下进行烧结,烧结温度为200~400℃,烧结时间为2~6h。将粉体从坩埚中取出,即得到硫化物固体电解质。专利申请号201410710254.2公开了一种富锂反钙钛矿硫化物及固体电解质材料。富锂反钙钛矿硫化物通式为(LimMn)3-xS1-y(XaYb)1-z,0<m≤1,0≤n≤0.5,m+n≤1;0<a≤1,0≤b<1,a+b≤1;0≤x≤0.5,0≤y≤0.5,0≤z≤0.5,且x=2y+z;M为H、Na、K、Rb、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、La、Ti、Zr、Zn、B、Al、Ga、In、C、Si、Ge、P、S、或Se,X为F、Cl、Br或I,Y为阴离子。现有技术中用于锂电池的硫化物固体电解质,普遍存在化学稳定性差、电导率低等缺陷,并且通常硫化物电解质制备条件要求高,空气稳定性差,影响了锂电池硫化物固态电解质的发展应用。
技术实现思路
为有效解决上述技术问题,本专利技术提出了一种壳核结构锂电池固体电解质及制备方法,可有效提高固体电解质的电导率,并且化学稳定性好,具有良好的耐久性和循环稳定性能。本专利技术的具体技术方案如下:一种壳核结构锂电池固体电解质的制备方法,所述固体电解质是由硅烷水解后的凝胶物、锂盐和聚四氟乙烯乳液分散制成胶状物,接着高压喷射于纳米硫化物颗粒表面,形成锂盐包覆层而制得,具体的制备步骤为:a、在惰性气体保护下,将硫化物置于冷冻条件下,研磨至纳米级,得到纳米硫化物颗粒;b、将硅烷加入去离子水中,然后加入甲醇,进行水解反应,得到凝胶物;c、在步骤(b)制得的凝胶物中加入锂盐、聚四氟乙烯乳液,分散均匀,得到胶状物;d、将步骤(a)制备的纳米级颗粒送入流化床,利用高压气流喷射步骤(c)得到的胶状物,使胶状物均匀裹覆于纳米硫化物颗粒表面,形成锂盐包覆层,即得壳核结构锂电池固体电解质。优选的,所述步骤a中,惰性气体为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气中的一种。优选的,所述步骤a中,冷冻条件的-60~-30℃。优选的,所述步骤a中,硫化物为Li10GeP2S12、Li3.25Ge0.25P0.75S4、Li3PS4、Li3Zn0.5GeS4、Li3.4Si0.4P0.6S4、Li7P3S11中的至少一种。优选的,所述步骤b中,硅烷为丙基三甲氧基硅烷、三甲基氯硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中的至少一种。优选的,步骤b中,硅烷20~40重量份、去离子水52~76重量份、甲醇4~8重量份。优选的,所述步骤c中,锂盐为LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2F)2、LiClO4、LiB(C2O4)2、LiBC2O4F2中的至少一种。优选的,步骤c中,凝胶物40~50重量份、锂盐20~25重量份、聚四氟乙烯乳液30~35重量份。优选的,所述步骤d中,包覆层的厚度为10~100μm。本专利技术通过将锂盐均匀的包覆在纳米硫化物颗粒表面,不但赋予硫化物良好的柔性,使其通过冷压可以与正极紧密结合;而且锂盐分散在聚合物和硅凝胶中成膜,其电导率高,防止内核的硫化物与大气中的水汽发生反应,提高化学稳定性,具有良好的耐久性和循环稳定性能。本专利技术上述内容还提出一种壳核结构锂电池固体电解质,由以下步骤制得:a、将硫化物冷冻研磨制成纳米硫化物颗粒;b、将硅烷水解得到凝胶物;c、将凝胶物、锂盐、聚四氟乙烯乳液分散均匀,得到胶状物;d、将胶状物高压喷射于纳米硫化物颗粒表面,形成锂盐包覆层,即得。本专利技术的有益效果为:1.提出了锂盐包覆在纳米硫化物颗粒制备壳核结构锂电池固体电解质的方法。2.本专利技术制得的锂电池固体电解质的电导率高,电化学性能优异。3.本专利技术制得的锂电池固体电解质,化学稳定性好,具有良好的耐久性和循环稳定性能。4.本专利技术制得的固体电解质适合于磷酸铁锂、镍钴锰酸锂三元材料、钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂为正极的锂电池,应用范围广。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明,但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本专利技术的范围本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种壳核结构锂电池固体电解质的制备方法,其特征在于:所述固体电解质是由硅烷水解后的凝胶物、锂盐和聚四氟乙烯乳液分散制成胶状物,接着高压喷射于纳米硫化物颗粒表面,形成锂盐包覆层而制得,具体的制备步骤为:a、在惰性气体保护下,将硫化物置于冷冻条件下,研磨至纳米级,得到纳米硫化物颗粒;b、将硅烷加入去离子水中,然后加入甲醇,进行水解反应,得到凝胶物;c、在步骤(b)制得的凝胶物中加入锂盐、聚四氟乙烯乳液,分散均匀,得到胶状物;d、将步骤(a)制备的纳米级颗粒送入流化床,利用高压气流喷射步骤(c)得到的胶状物,使胶状物均匀裹覆于纳米硫化物颗粒表面,形成锂盐包覆层,即得壳核结构锂电池固体电解质。

【技术特征摘要】
1.一种壳核结构锂电池固体电解质的制备方法,其特征在于:所述固体电解质是由硅烷水解后的凝胶物、锂盐和聚四氟乙烯乳液分散制成胶状物,接着高压喷射于纳米硫化物颗粒表面,形成锂盐包覆层而制得,具体的制备步骤为:a、在惰性气体保护下,将硫化物置于冷冻条件下,研磨至纳米级,得到纳米硫化物颗粒;b、将硅烷加入去离子水中,然后加入甲醇,进行水解反应,得到凝胶物;c、在步骤(b)制得的凝胶物中加入锂盐、聚四氟乙烯乳液,分散均匀,得到胶状物;d、将步骤(a)制备的纳米级颗粒送入流化床,利用高压气流喷射步骤(c)得到的胶状物,使胶状物均匀裹覆于纳米硫化物颗粒表面,形成锂盐包覆层,即得壳核结构锂电池固体电解质。2.根据权利要求1所述一种壳核结构锂电池固体电解质的制备方法,其特征在于:所述步骤a中,惰性气体为氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气中的一种。3.根据权利要求1所述一种壳核结构锂电池固体电解质的制备方法,其特征在于:所述步骤a中,冷冻条件的-60~-30℃。4.根据权利要求1所述一种壳核结构锂电池固体电解质的制备方法,其特征在于:所述步骤a中,硫化物为Li10GeP2S12、Li3.25Ge0.2...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈庆曾军堂
申请(专利权)人:成都新柯力化工科技有限公司
类型:发明
国别省市:四川,51

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1