固态电解质及其制备方法和含有该固态电解质的固态电池技术

本发明专利技术涉及固态电解质及其制备方法和含有该固态电解质的固态电池，固态电解质，由聚合物基体、锂盐和无机陶瓷电解质粉体组成；固态电解质的制备方法，包括以下步骤：S1、备料；S2、原料烘干；S3、无机陶瓷电解质粉体分散；S4、聚合物基体溶解；S5、锂盐溶解；S6、固态电解质制备；固态电池，具备正极、负极以及配置在所述正极与所述负极之间的上述任意一项所述的固态电解质；本发明专利技术提供的固态电解质，具有良好的室温离子电导率、机械性能及加工性能，可大大提升锂离子电池的安全性，简化生产步骤，降低生产成本，同时，利用该固态电解质制作的固态电池具备良好的电性能和安全性能，有效的降低了电池起火爆炸的风险。

【技术实现步骤摘要】
固态电解质及其制备方法和含有该固态电解质的固态电池
本专利技术涉及固态电池
，尤其涉及固态电解质及其制备方法和含有该固态电解质的固态电池。
技术介绍
当前，锂离子电池对人们日常生活及国民经济所产生的影响巨大，其应用涵盖商业化电子产品，如手机、电脑、数码相机等，汽车动力装置以及可再生能源发电站的能源储存等。锂离子电池技术的改进和完善，进一步扩展了其应用领域，同时对其性能也提出了更为苛刻的要求。目前市场上的商用锂离子电池广泛使用有机液体电解质，有机液体电解质容易腐蚀正、负极，会造成电池容量不可逆损失，同时在充放电过程中，会分解产生可燃气体，从而引起火灾和爆炸等严重的安全问题。相较而言，固态锂离子电池由于采用固态电解质，在提升电池能量密度，延长使用寿命，提升锂离子电池的安全性能有很大的潜力。现有的固态锂离子电池技术仍处于学术研究阶段，固态电解质的制备方法及全固态电池的性能仍需提升，以适应实际生产。就目前固态电解质技术而言，室温电导率、循环稳定性，制备的可操作性仍然是制约固态电池发展的重大阻碍，普遍使用的无机陶瓷固态电解质与有机聚合物固态电解质都具有相对的局限性。就无机陶瓷固态电解质而言，制备过程中高温烧结(>800℃)，能耗过大，增加成本；弹性模量低，无法与无机正极材料形成良好的面接触，难以形成良好界面，阻碍固态电池的制备及性能，不易商业化。有机聚合物普遍室温电导率较低(<10-4S/cm)，难以正常工作；电解质强度较差，无法抑制金属锂负极枝晶问题，难以达到实用要求。目前普遍使用的无机陶瓷固态电解质与有机聚合物固态电解质都具有相对的局限性。复合固态电解质相比于单一固态电解质的性能有了很大的提升，但室温电导率仍然难以突破10-4S/cm。就目前电导率较高的(2～4×10-4S/cm)由PEO或PPC与纳米LLZO无机粉体复合的固态电解质存在下述问题：(1)制备过程中需要严格的环境，包括原材料及溶剂的干燥，加工及储存过程中的控水等，否则极易发生凝胶现象，环境稳定性差；(2)PEO或PPC在温度高于60℃时软化现象明显，高温下固态电解质的机械性能差；(3)纳米无机粉体添加量较高，增加电解质成本。基于此，为了解决现有技术中固态电解质存在的问题，本专利技术提出了一种具有高室温电导率、高力学性能、良好的界面接触及优异的加工性能的固态电解质及其制备方法和含有该固态电解质的固态电池。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，得到一种具有高室温电导率、高力学性能、良好的界面接触及优异的加工性能的固态电解质及其制备方法和含有该固态电解质的固态电池。本专利技术是通过以下技术方案实现：固态电解质，由聚合物基体、锂盐和无机陶瓷电解质粉体组成，所述聚合物基体为聚偏氟乙烯、聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)与聚碳酸丙烯酯中的一种或几种，所述锂盐为高氯酸锂或双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或几种，所述无机陶瓷电解质粉体为掺杂锂镧锆氧基氧化物，其化学式为Li7-xLa3Zr2-xMxO12，其中M代表掺杂阳离子，为W、Ba、Sb中的一种，0<x≤2。本专利技术进一步改进在于，所述聚合物分子量为50000～1200000，聚碳酸丙烯酯的分子量为50000。本专利技术进一步改进在于，以重量计，所述聚合物的含量为60％～85％。本专利技术进一步改进在于，以重量计，所述锂盐的含量为10％～30％。本专利技术进一步改进在于，以重量计，所述无机陶瓷电解质的含量为5％～10％。本专利技术进一步改进在于，所述无机陶瓷电解质的粒径为10μm～100nm。本专利技术另一个目的，固态电解质的制备方法，该方法基于上述任一项所述的固态电解质，包括以下步骤：S1、备料：按以下质量比准备所需材料：聚合物基体、锂盐和无机陶瓷电解质粉体的质量比x:(100-x-y):y(其中x≥60，y≥5)；S2、原料烘干：将聚合物基体、锂盐、无机陶瓷电解质粉体在100℃～200℃下，真空干燥4h～12h；S3、无机陶瓷电解质粉体分散：将无机陶瓷电解质粉体和有机溶剂真空搅拌2h～4h，真空度为-0.08～-0.1MPa；S4、聚合物基体溶解：将聚合物基体加入到步骤S3得到的溶解在有机溶剂中的无机陶瓷电解质粉体中，真空搅拌0.5h～2h，真空度为-0.08～-0.1MPa；S5、锂盐溶解：将锂盐加入到步骤S4得到的溶液中，真空搅拌4h～8h，真空度为-0.08～-0.1Mpa，得到固态电解质浆料；S6、固态电解质制备：将步骤S5中得到的固态电解质浆料倒入模具中，60℃～80℃加热至溶剂完全挥发，100℃～120℃下真空干燥4h～12h，获得固态电解质。本专利技术进一步改进在于，所述步骤S3中的有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的一种或几种。本专利技术另一个目的，固态电池，具备正极、负极以及配置在所述正极与所述负极之间的上述任意一项所述的固态电解质。与现有的技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的制作及测试方法得到的固态电解质，具有良好的室温离子电导率、机械性能及加工性能，可大大提升锂离子电池的安全性，相对于商用液态电解质，简化生产步骤，降低生产成本，同时，本专利技术中利用该固态电解质制作的固态电池具备良好的电性能和安全性能，相比传统液体电解质锂离子电池有了极大的改善，有效的降低了电池起火爆炸的风险。附图说明图1为本专利技术中固态电解质制备流程图；图2为本专利技术一个实施例中制备的固态电解质的实物图；图3为本专利技术一个实施例中的电解质的交流阻抗图谱；图4为本专利技术一个实施例中的电解质的电导率随温度变化的阿累尼乌斯图；图5为本专利技术中一个实施例所制备的固态软包锂离子电池的充放电曲线。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供了一种固态电解质，由聚合物基体、锂盐和无机陶瓷电解质粉体组成，所述聚合物基体为聚偏氟乙烯、聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)与聚碳酸丙烯酯中的一种或几种，所述锂盐为高氯酸锂或双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或几种，所述无机陶瓷电解质粉体为掺杂锂镧锆氧基氧化物，其化学式为Li7-xLa3Zr2-xMxO12，其中M代表掺杂阳离子，为W、Ba、Sb中的一种，0<x≤2。具体实施时，所述聚合物分子量为50000～1200000，聚碳酸丙烯酯的分子量为50000。具体实施时，以重量计，所述聚合物的含量为60％～85％。具体实施时，以重量计，所述锂盐的含量为10％～30％。具体实施时，以重量计，所述无机陶瓷电解质的含量为5％～10％。具体实施时，所述无机陶瓷电解质的粒径为10μm～100nm。在上述技术方案中，聚合物基体为聚偏氟乙烯、聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)与聚碳酸丙烯酯中的一种或几种，聚合物分子量为50000～1200000，重量占总组成的60％～85％，由此可以赋予固态电解质优异的塑性；锂盐为高氯酸锂与双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或几种，重量占总组成的10％～30％，由此，可以提高固态电解质的离子导电能力；无机陶瓷粉体为掺杂锂镧锆氧氧化物，粉体粒度不受限，化学组成为Li7-xLa3Z本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.固态电解质，其特征在于：由聚合物基体、锂盐和无机陶瓷电解质粉体组成，所述聚合物基体为聚偏氟乙烯、聚(偏二氟乙烯‑co‑六氟丙烯)与聚碳酸丙烯酯中的一种或几种，所述锂盐为高氯酸锂或双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或几种，所述无机陶瓷电解质粉体为掺杂锂镧锆氧基氧化物，其化学式为Li7‑xLa3Zr2‑xMxO12，其中M代表掺杂阳离子，为W、Ba、Sb中的一种，0

【技术特征摘要】
1.固态电解质，其特征在于：由聚合物基体、锂盐和无机陶瓷电解质粉体组成，所述聚合物基体为聚偏氟乙烯、聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)与聚碳酸丙烯酯中的一种或几种，所述锂盐为高氯酸锂或双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或几种，所述无机陶瓷电解质粉体为掺杂锂镧锆氧基氧化物，其化学式为Li7-xLa3Zr2-xMxO12，其中M代表掺杂阳离子，为W、Ba、Sb中的一种，0<x≤2。2.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于：所述聚合物分子量为50000～1200000，聚碳酸丙烯酯的分子量为50000。3.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于：以重量计，所述聚合物的含量为60％～85％。4.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于：以重量计，所述锂盐的含量为10％～30％。5.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于：以重量计，所述无机陶瓷电解质的含量为5％～10％。6.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于：所述无机陶瓷电解质的粒径为10μm～100nm。7.固态电解质的制备方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至6任意一项所述的固态电解质，包括以下步骤：S1、备料：按以下质量比准备所...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋半夏，徐谦，孔维和，任少华，余佳川，
申请(专利权)人：中国电子新能源武汉研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42