一种固态电解质薄膜及其制备方法和应用技术

一种无机物固态电解质薄膜及其制备方法和应用，包括主骨架、次骨架和固态电解质，所述主骨架为多孔膜，所述次骨架由非极性聚合物组成，所述次骨架设于所述主骨架表面，所述固态电解质填充于主骨架和次骨架的孔隙以及主骨架和次骨架之间的空隙；本发明专利技术采用多孔膜作为结构支撑骨架，选取不与硫化物电解质反应的非极性有机溶剂，能溶于非极性有机溶剂的有机物作为粘结剂，将硫化物正极负极电解质涂覆填充多孔膜，所制备的锂电池可弯曲、不掉粉、薄膜致密性均匀，且离子电导率高。本发明专利技术所提供的制备方法制备工艺简单，可生成不同形状、大小和厚度的固态电解质薄膜，并且利于工业化生产和应用。

A Solid Electrolyte Film and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种固态电解质薄膜及其制备方法和应用
本专利技术属于锂离子电池制备相关
，具体涉及一种无机物固态电解质薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
全固态硫化物电解质薄膜比液态电解质更稳定，因而具有更广泛的应用前景。当前无机固态薄膜锂离子电池的制备多采用物理气相沉淀(PVD)的方法或者液相法合成玻璃态硫化物溶液涂布在结构孔膜上，采用其他制备方法难以同时满足电解质不与溶剂反应和粘结剂能溶于溶剂的条件，并且制备出的薄膜难以支撑，容易出现裂纹、碎裂甚至掉粉，薄膜由于表面包覆粘结剂降低薄膜电解质离子电导率，尤其在制作软包电池过程中叠片困难以及电池性能较差，上述方法要么制备设备要求高、成本高，要么制备工艺复杂、一致性差，难以大规模生产和应用。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种固态电解质薄膜，采用具有优异机械性能的多孔膜组成主骨架、由非极性聚合物组成的次骨架和固态电解质组成，通过使用兼容性强的有机溶剂让次骨架均匀分布在固态电解质颗粒周围，通过涂覆并加压的方式将固态电解质嵌入主骨架和次骨架的空隙制备而成，制备工艺简单、成本低，利于工业化生产和应用。为了实现上述技术目的，本专利技术的主要技术方案如下：一种固态电解质薄膜，包括主骨架、次骨架和固态电解质，所述主骨架为多孔膜，所述次骨架由非极性聚合物组成，所述次骨架设于所述主骨架表面，所述固态电解质填充于主骨架和次骨架的孔隙以及主骨架和次骨架之间的空隙。进一步地，所述主骨架为聚合物薄膜金属氧化物、热塑性聚酯类和树脂类中的其中一种或两种以上的混合物；更为优选地，所述主骨架为对苯二甲酸乙酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚乙烯、聚丙烯、聚1-丁烯、聚异丁烯、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、纤维素、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚硫酸酯和玻璃纤维中的一种或两种以上的混合物，所述主骨架的厚度＜500μm、孔径率＞40％。作为另一优选的实施方式，所述主骨架为碳纳米管薄膜、石墨烯薄膜、金属及金属合金薄膜、金属氧化物薄膜、复合金属氧化物薄膜、复合碳纳米管薄膜和复合石墨烯多孔状薄膜中的一种或两种以上的混合物。进一步地，所述非极性聚合物选自聚乙烯、聚丙烯、聚1-丁烯、聚异丁烯、聚丁二烯、聚苯乙烯和高级烯烃类聚合物中的其中一种或两种以上的复合；所述次骨架的厚度＜500μm、孔径率＞40％。进一步地，所述固态电解质为硫化物电解质和/或氧化物电解质，所述固态电解质的粒径D50＜20μm。本专利技术还公开了如上所述的无机物固态电解质薄膜的制备方法，包括如下步骤：S1：将所述非极性聚合物溶解于有机溶剂中，搅拌均匀，形成溶液；S2：将所述固态电解质加入S1制成的溶液中，搅拌均匀，制成浆料；S3：将S2制成的所述浆料和所述多孔膜进行复合，除去溶剂并加压后即制成所述无机物固态电解质薄膜。进一步地，S1中的所述有机溶剂为非极性或低极性的溶剂；作为优选地，所述有机溶剂为CmH(2m+2)、CnH(2n-6)、CmH(2m+2-x)Yx、甲醇和乙醇中的其中一种或两种以上的混合物，其中，Y为氟原子、氯原子和溴原子中的其中一种或两种以上的混合物，n≥6，x、m≥1，x、m为整数。进一步地，所述S1和S2可在加热条件下进行搅拌，所述搅拌的温度分别为25℃-250℃。进一步地，所述S3中采用挤压、转移、喷涂、旋转喷、刮涂和浸渍工艺中的一种以上的方式将所述浆料涂覆和/或填充于所述多孔膜的孔隙中和/或表面上。进一步地，所述S3中的加压方式采用冷辊压、冷平压、热辊压和热平压方式中的其中一种或多种。本专利技术还公开了一种锂离子电池，包括固态电解质，所述固态电解质为如上所述的固态电解质薄膜。相较于现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术的无机物固态电解质薄膜采用多孔膜作为结构支撑骨架，选取不与硫化物电解质反应的非极性有机溶剂，能溶于非极性有机溶剂的有机物作为粘结剂，将硫化物电解质涂覆于多孔膜表面，所制备的锂电池可弯曲、不掉粉、薄膜致密性均匀，且离子电导率高。本专利技术所提供的制备方法制备工艺简单，可生成不同形状、大小和厚度的固态电解质薄膜，并且利于工业化生产和应用。【具体实施方式】本专利技术旨在提供一种固态电解质薄膜，该薄膜采用具有优异机械性能的多孔膜组成的主骨架、由非极性聚合物组成的次骨架和固态电解质，通过使用兼容性强的有机溶剂让组成次骨架的非极性聚合物均匀分布在固态电解质颗粒周围，通过涂覆并加压的方式将固态电解质和非极性聚合物组成的浆料嵌入主骨架中和涂覆在主骨架表面，非极性聚合物在主骨架表面析出形成薄膜状的次骨架，即形成由次骨架包覆主骨架、固态电解质填充于主骨架与次骨架之间的间隙以及主骨架的空隙和次骨架的空隙之中的固态电解质薄膜，本专利技术的主要技术方案如下：一种无机物固态电解质薄膜，包括主骨架、次骨架和固态电解质，所述主骨架为多孔膜，所述次骨架设于所述主骨架表面，所述次骨架由非极性聚合物组成，所述固态电解质填充于主骨架和次骨架的孔隙以及主骨架和次骨架之间的空隙。进一步地，所述主骨架为聚合物薄膜金属氧化物、热塑性聚酯类和树脂类中的其中一种或两种以上的混合物；更为优选地，所述主骨架为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、对苯二甲酸乙酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚1-丁烯、聚异丁烯、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、纤维素、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚硫酸酯、氧化铝膜、和玻璃纤维中的一种或两种以上的混合物，所述主骨架的厚度＜500μm、孔径率＞40％；采用氧化铝膜、PET膜、PE膜和PP膜时，固态电解质薄膜的性能最优。进一步地，所述主骨架的层数为至少一层。进一步地，所述次骨架的层数为至少一层。进一步地，所述次骨架选自聚乙烯、聚丙烯、聚1-丁烯、聚异丁烯、聚丁二烯、聚苯乙烯和高级烯烃类聚合物中的其中一种或两种以上的复合；所述次骨架的厚度＜500μm、孔径率＞40％。进一步地，所述固态电解质为硫化物电解质和/或氧化物电解质，所述固态电解质的粒径D50＜20μm，优选D50＜15μm；优选的，硫化物电解质选用Li2S-P2S5系电解质，或Li2S-MxSy(M＝Al、Si、P)或Li2S-LiX-P2S5(X＝Cl、Br、I)，Li2S-SiS2-LixMOy(M＝Si、P、B、Al、Ga、In)、Li2S-MxSy-P2S5(M＝Si,Sn,Ge,Al),Li2S-LiX-MxSy-P2S5(M＝Si,Sn,Ge,Al；X＝Cl、Br、I)中的任意一种或两种以上的混合物，其中，x和y为任意自然数，硫化物电解质离子电导率大于10-4S/cm为佳；氧化物电解质优选采用化学性能稳定的物质，包括但不限于玻璃陶瓷粉末，优选采用晶型为NASiCON、LiSiCON或Garnet的氧化物电解质。进一步地，所述固态电解质薄膜的厚度优选控制在2μm-5cm。本专利技术还公开了如上所述的无机物固态电解质薄膜的制备方法，包括如下步骤：S1：将所述非极性聚合物溶解于有机溶剂中，搅拌均匀，形成溶液；S2：将所述固态电解质加入S1制成的溶液中，搅拌均匀，制成浆料；S3：将S2制成的所述浆料和所述多孔膜进行复合，除去溶剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态电解质薄膜，其特征在于，包括主骨架、次骨架和固态电解质，所述主骨架为多孔膜，所述次骨架由非极性聚合物组成，所述次骨架设于所述主骨架表面，所述固态电解质填充于主骨架的孔隙和次骨架的孔隙以及主骨架和次骨架之间的空隙。

【技术特征摘要】
1.一种固态电解质薄膜，其特征在于，包括主骨架、次骨架和固态电解质，所述主骨架为多孔膜，所述次骨架由非极性聚合物组成，所述次骨架设于所述主骨架表面，所述固态电解质填充于主骨架的孔隙和次骨架的孔隙以及主骨架和次骨架之间的空隙。2.根据权利要求1所述的固态电解质薄膜，其特征在于，所述主骨架为聚合物薄膜金属氧化物、热塑性聚酯类和树脂类中的其中一种或两种以上的混合物。3.根据权利要求1所述的固态电解质薄膜，其特征在于，所述非极性聚合物选自聚乙烯、聚丙烯、聚1-丁烯、聚异丁烯、聚丁二烯、聚苯乙烯和高级烯烃类聚合物中的其中一种或两种以上的混合物；所述次骨架的厚度＜500μm、孔径率＞40％。4.根据权利要求1所述的无机物固态电解质薄膜，其特征在于，所述固态电解质为硫化物电解质和/或氧化物电解质，所述固态电解质的粒径D50＜20μm。5.如权利要求1-4任一项所述的固态电解质薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将所述非极性聚合物溶解于有机溶剂中，搅拌均匀，形成溶液；S2：将所述固态电解质加入S1制成的溶液中，搅拌均匀，制成浆料；S3：将S2...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文师，李久铭，黄杰，俞会根，
申请(专利权)人：北京卫蓝新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11