一种三维网状结构的无机固态电解质薄膜的制备方法技术

技术编号:21119501 阅读:24 留言:0更新日期:2019-05-16 10:10
本发明专利技术涉及一种三维网状结构的无机固态电解质薄膜的制备方法,其解决了现有材料容易出现团聚且其电化学性能不理想的技术问题,其包括以下步骤:步骤Ⅰ:将组分1加入到组分2中,搅拌均匀得到无机盐混合前驱液;步骤Ⅱ:将组分3在步骤Ⅰ中得到的无机盐混合前驱液中充分浸渍;步骤Ⅲ:将充分吸收组分2的组分3在马弗炉中烧结,得到三维无机薄膜;所述组分1包括硝酸锂、六水合硝酸镧、六水合硝酸氧锆、九水合硝酸铝、钛酸四丁酯;所述组分2为聚乙烯基吡咯烷酮溶液;所述组分3为碳纤维织物。本发明专利技术可用于无机固态电解质薄膜的制备领域。

【技术实现步骤摘要】
一种三维网状结构的无机固态电解质薄膜的制备方法
本专利技术涉及一种电池材料的制备方法,具体说是一种三维网状结构的无机固态电解质薄膜的制备方法。
技术介绍
近年来,随着锂离子电池更广泛的应用,人们对锂离子电池的能量密度和安全性能提出了更高的要求。固态电解质可以有效解决液态电解液存在的易泄露和易燃等问题,并且可以有效的提高电池的能量密度,成为了近年来国内外的研究热点。固态电解质可以分为聚合物固态电解质和无机固态电解质,聚合物固态电解质一般是由聚合物基体和锂盐制备得到,常用的方法有溶液浇注法和熔融热压法。由于不含有任何溶剂,大部分的固态电解质的离子电导率都较低,与电极的相容性较差,但是电化学稳定性较好,安全性能更高,使用寿命更长,并且具有一定的柔性,然而较低的离子电导率限制了其进一步应用,因此,常与无机纳米填料复合制备复合聚合物固态电解质,无机纳米粒子填料一般有陶瓷材料和快离子导体,陶瓷填料有锂离子的惰性氧化物,比如SiO2、TiO2、Al2O3等纳米粒子,还有一些铁电陶瓷填料;快离子导体一般指含锂氧化物,它们会参与到离子迁移过程,所以可以改善电解质的综合性能,如LLZO、LLTO、Li3N等。为了进一步提高固态电解质的离子电导率,改善电池的电化学性能,多维填料也被应用于固态电解质中,如LLTO纳米线,氮化硼和石墨烯纳米片。无机填料的添加可以有效提高聚合物电解质的离子电导率,但是当含量过高时就会出现团聚,并且在填料中团聚和分离的区域会使锂离子快慢交替传递,从而会影响其电化学性能。而使用模板构造三维无机结构可以使锂离子连续快速的传递,有效提高电解质的电化学性能。专
技术实现思路
本专利技术就是为了解决现有材料容易出现团聚且其电化学性能不理想的技术问题,提供一种不易团聚且电化学性能较好的三维网状结构的无机固态电解质薄膜的制备方法。为此,本专利技术提供一种三维网状结构的无机固态电解质薄膜的制备方法,其包括以下步骤:步骤Ⅰ:将组分1加入到组分2中,搅拌均匀得到无机盐混合前驱液;步骤Ⅱ:将组分3在步骤Ⅰ中得到的无机盐混合前驱液中充分浸渍24h~48h;步骤Ⅲ:将充分吸收组分2的组分3在马弗炉中烧结,得到三维无机薄膜;所述组分1为制备常用无机固态电解质,如锂镧锆氧(Li6.4La3Zr2Al0.2O12)、锂镧钛氧(Li0.33La0.557TiO3)所需的无机盐等试剂,包括并不仅限于硝酸锂、六水合硝酸镧、六水合硝酸氧锆、九水合硝酸铝、钛酸四丁酯;所述组分2为聚乙烯基吡咯烷酮溶液;所述组分3为碳纤维织物。优选的,组分2中,聚乙烯基吡咯烷酮的质量分数为5~10wt%,溶剂是含有10~20vol%乙酸的N,N-二甲基乙酰胺溶液。优选的,所述组分1与组分2的质量比为(0.03~0.05):1。优选的,组分3中,碳纤维织布为经过预处理的商业T300、T700、T800、T1000级碳纤维织造的各种组织结构织物,包括平纹织物和斜纹织物,面密度为70~200g/m2,预处理条件为在马弗炉中300~500℃下预氧化1~2h。优选的,步骤Ⅲ中,组分2的组分3在马弗炉中烧结温度为700~900℃,时间为1.5~2h。本专利技术的有益效果是,本专利技术从固态电解质无机填料的整体结构设计和固态电解质的制备出发,采用模板烧结的方法,通过碳纤维作为模板,设计制备了一种新型的具有三维网络结构的无机固态电解质膜。本专利技术得到的无机固态电解质具有三维网络结构,能够提供连续的锂离子传输通道,有利于提高固态电解质的离子电导率。该三维网状结构的无机固态电解质具有一定的自支撑作用,可以与聚合物固态电解质整体复合,避免了传统添加填料的方法可能出现的团聚现象。附图说明图1a、图1b、图1c是本专利技术制备的LLZO无机固态电解质的实物图。图2是本专利技术制备的LLZO无机固态电解质的XRD图。具体实施方式根据下述实施例,可以更好地理解本专利技术。然而,本领域的技术人员容易理解,实施例所描述的内容仅用于说明本专利技术,而不应当也不会限制权力要求书中所描述的本专利技术。未特殊说明,实施例中的试剂均为分析纯。实施例1本实施案例中,硝酸锂、六水合硝酸镧、六水合硝酸氧锆、九水合硝酸铝、聚乙烯基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺和乙酸购买于上海阿拉丁试剂有限公司。所述组分1为硝酸锂、六水合硝酸镧、六水合硝酸氧锆、九水合硝酸铝,摩尔比为6.4:3:2:0.2;所述组分2为聚乙烯基吡咯烷酮溶液,溶剂为含有12vol%乙酸的N,N-二甲基乙酰胺溶液,其中聚乙烯基吡咯烷酮的浓度为5wt%;所述组分1与组分2的质量比为0.03:1;所述组分3为T300碳纤维织布,面密度为140g/m2,在马弗炉中500℃下预氧化2h。步骤Ⅰ:将组分1按照上述配比加入到组分2中,搅拌均匀得到无机盐混合前驱液;步骤Ⅱ:将组分Ⅲ在步骤Ⅰ中得到的无机盐混合前驱液中充分浸渍48h;步骤Ⅲ:将充分吸收组分Ⅱ的组分Ⅲ在马弗炉中800℃烧结2h,得到三维无机膜。图1a是采用预氧化后,面密度为140g/m2的T300平纹碳纤维织布为模板制备的无机固态膜,从图中可以看出烧结得到的无机膜致密规整,具有一定的自支撑作用,保持了原有的碳纤维纹路。图2是上述制备方法得到的无机固态电解质的XRD图,从图中分析可以得出,制备得到的LLZO为立方相,具有较高的离子电导率。实施例2本实施案例中,硝酸锂、六水合硝酸镧、六水合硝酸氧锆、九水合硝酸铝、聚乙烯基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺和乙酸购买于上海阿拉丁试剂有限公司。所述组分1为硝酸锂、六水合硝酸镧、六水合硝酸氧锆、九水合硝酸铝,摩尔比为6.4:3:2:0.2;所述组分2为聚乙烯基吡咯烷酮溶液,溶剂为含有15vol%乙酸的N,N-二甲基乙酰胺溶液,其中聚乙烯基吡咯烷酮的浓度为8wt%;所述组分1与组分2的质量比为0.05:1;所述组分3为T300碳纤维织布,面密度为120g/m2,在马弗炉中400℃下预氧化2h。步骤Ⅰ:将组分1按照上述配比加入到组分2中,搅拌均匀得到无机盐混合前驱液;步骤Ⅱ:将组分Ⅲ在步骤Ⅰ中得到的无机盐混合前驱液中充分浸渍36h;步骤Ⅲ:将充分吸收组分Ⅱ的组分Ⅲ在马弗炉中900℃烧结2h,得到三维无机膜。图1(b)是采用预氧化后,面密度为120g/m2的T300平纹碳纤维织布为模板制备的的无机固态膜,从图中可以看出烧结得到的无机膜形貌规整,具有一定的自支撑作用。从XRD图中分析可以得出,制备得到的LLZO为立方相,具有较高的离子电导率。实施例3本实施案例中,硝酸锂、六水合硝酸镧、钛酸四丁酯、聚乙烯基吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺和乙酸购买于上海阿拉丁试剂有限公司。所述组分1为硝酸锂、六水合硝酸镧、钛酸四丁酯,摩尔比为0.33:0.557:1;所述组分2为聚乙烯基吡咯烷酮溶液,溶剂为含有18vol%乙酸的N,N-二甲基乙酰胺溶液,其中聚乙烯基吡咯烷酮的浓度为7wt%;所述组分1与组分2的质量比为0.04:1;所述组分3为T700斜纹碳纤维织布,面密度为140g/m2,在马弗炉中500℃下预氧化2h;步骤Ⅰ:将组分1按照上述配比加入到组分2中,搅拌均匀得到无机盐混合前驱液;步骤Ⅱ:将组分Ⅲ在步骤Ⅰ中得到的无机盐混合前驱液中充分浸渍48h;步骤Ⅲ:将充分吸收组分Ⅱ的组分Ⅲ在马弗炉中800℃烧结2h,得到三维本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种三维网状结构的无机固态电解质薄膜的制备方法,其特征是,包括以下步骤:步骤Ⅰ:将组分1加入到组分2中,搅拌均匀得到无机盐混合前驱液;步骤Ⅱ:将组分3在所述步骤Ⅰ中得到的无机盐混合前驱液中充分浸渍24h~48h;步骤Ⅲ:将充分吸收组分2的组分3在马弗炉中烧结,得到三维无机薄膜;所述组分1包括硝酸锂、六水合硝酸镧、六水合硝酸氧锆、九水合硝酸铝、钛酸四丁酯;所述组分2为聚乙烯基吡咯烷酮溶液;所述组分3为碳纤维织物。

【技术特征摘要】
1.一种三维网状结构的无机固态电解质薄膜的制备方法,其特征是,包括以下步骤:步骤Ⅰ:将组分1加入到组分2中,搅拌均匀得到无机盐混合前驱液;步骤Ⅱ:将组分3在所述步骤Ⅰ中得到的无机盐混合前驱液中充分浸渍24h~48h;步骤Ⅲ:将充分吸收组分2的组分3在马弗炉中烧结,得到三维无机薄膜;所述组分1包括硝酸锂、六水合硝酸镧、六水合硝酸氧锆、九水合硝酸铝、钛酸四丁酯;所述组分2为聚乙烯基吡咯烷酮溶液;所述组分3为碳纤维织物。2.根据权利要求1所述的三维无机网状固态电解质膜的制备方法,其特征在于,所述组分2中,聚乙烯基吡咯烷酮的质量分数为5~10wt%,溶剂是含有10~20vol%乙酸的N,N-二甲基乙酰...

【专利技术属性】
技术研发人员:隋刚吴嘉欣朱明杨小平
申请(专利权)人:北京化工大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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