有机无机复合固态电解质、电解质膜及其原位制备方法技术

本发明专利技术公开了有机无机复合固态电解质的原位制备方法，包括：第一步、将聚合物单体1,3‑二氧戊环和第一锂盐溶于小分子溶剂中，配制成第一混合溶液；第二步、将聚合反应引发剂溶于小分子溶剂中，配制成聚合反应引发液；第三步、将原硅酸四乙酯和第二锂盐溶于甲酸中，配制成第二混合溶液；第四步、将第一混合溶液与第二混合溶液混合，获得第三混合溶液。第五步、将聚合反应引发液与第三混合溶液混合，获得固态电解质溶液；第六步、将固态电解质溶液烘干得到复合固态电解质。本发明专利技术还公开了有机无机复合固态电解质、复合固态电解质膜以及相应的制备方法。本发明专利技术能够有效提升固态电解质的室温电导率，有效解决固态电解质存在的界面接触不良问题。

Organic-inorganic composite solid electrolyte, electrolyte membrane and in-situ preparation method

【技术实现步骤摘要】
有机无机复合固态电解质、电解质膜及其原位制备方法
本专利技术涉及锂离子电池
，特别是涉及有机无机复合固态电解质、电解质膜及其原位制备方法。
技术介绍
目前，锂离子电池具有电压高、比能量高、循环使用次数多、存储时间长等优点，广泛应用于消费类电子、新能源汽车及储能等领域，锂离子电池的电性能、使用寿命及安全性能的研究及其重要。对于固态锂离子电池，其具有高能量密度和高安全性，使其备受关注。目前，被广泛研究的固态锂离子电池的固态电解质包括氧化物电解质、硫化物电解质及聚合物电解质。其中，聚合物固态电解质的弹性好、易成膜、机械加工性能好，易于工业化生产。但是，聚合物固态电解质具有较低的室温离子电导率以及存在异质界面接触差的问题，始终制约着聚合物电解质的发展前景，影响了大规模的应用。因此，针对固态锂离子电池中使用的聚合物固态电解质存在的电导率低、界面接触不良等问题，亟需一种固态电解质技术，提升固态电解质的室温电导率，并实现固态电解质与电极活性材料以及固态电解质与电极之间的软接触，有效解决固态电解质与电极活性材料之间以及固态电解质与电极之间的固-固界面问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供有机无机复合固态电解质、电解质膜及其原位制备方法，其能够有效提升固态电解质的室温电导率，并实现固态电解质与电极活性材料以及固态电解质与电极之间的软接触，有效解决固态电解质与电极活性材料之间以及固态电解质与电极之间的固-固界面问题，具有重大的实践意义。为此，本专利技术提供了一种有机无机复合固态电解质，包括：重量百分比为4％～80％的有机组分、0.2％～16％的无机组分和1％～30％的锂盐，以及重量百分比为1～50％的小分子化合物；其中，有机组分为聚合物固态电解质聚1,3-二氧戊环、无机组分为氧化硅基骨架结构化合物；锂盐包括LiTFSI、LiPF6、LiBO3、LiClO4和LiFSI中的至少一种；小分子化合物包括氮甲基吡咯烷酮NMP、碳酸二甲酯DMC和甲酸中的至少一种。此外，本专利技术还提供了一种有机无机复合固态电解质的原位制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、将聚合物单体1,3-二氧戊环和第一锂盐，溶于易挥发的小分子溶剂中，配制成第一混合溶液；第二步、将聚合反应引发剂溶于易挥发的小分子溶剂中，配制成聚合反应引发液；第三步、将原硅酸四乙酯和第二锂盐，溶于甲酸中，配制成第二混合溶液；第四步、按照预设的质量配比，将第一步获得的第一混合溶液与第三步获得的第二混合溶液进行混合，搅拌均匀，获得第三混合溶液。第五步、将第二步获得的聚合反应引发液，与第四步获得的第三混合溶液进行混合，并搅拌均匀，最终获得固态电解质溶液；第六步、将固态电解质溶液放置于干燥气氛中进行第一次烘干，然后放置于真空箱中进行第二次烘干，最终得到复合固态电解质。其中，在第一步中，所述第一混合溶液中，1,3-二氧戊环的质量含量为20％～100％，第一锂盐的质量含量为0～30％，小分子溶剂的质量含量为0～50％；在第一步中，所述小分子溶剂包括氮甲基吡咯烷酮NMP、碳酸二甲酯DMC和甲酸中的至少一种；所述第一锂盐包括LiTFSI、LiPF6、LiBO3和LiClO4中的至少一种。其中，在第二步中，所述聚合反应引发剂包括过氧化苯甲酰、过氧化二碳酸二异丙酯、偶氮二异丁腈和三(三氟甲基-磺酸)铝中的至少一种。在第二步中，在所述聚合反应引发液中，引发剂的摩尔浓度为0-0.01M。其中，在第三步中，所述第二锂盐包括LiTFSI、LiPF6、LiBO3、LiClO4和LiFSI等锂盐中的至少一种。在第三步中，在第二混合溶液中，第二锂盐的质量含量为0～30％，原硅酸四乙酯的质量含量为1％～20％，甲酸的质量含量为50％～99％。其中，在第四步中，第一步获得的第一混合溶液与第三步获得的第二混合溶液，它们之间进行混合时的质量比为20:80～80:20；在第五步中，在第二步获得的聚合反应引发液与第四步获得的第三混合溶液，它们之间混合获得的固态电解质溶液中，聚合反应引发液的质量含量为0～10％，第三混合溶液的质量含量为90～100％；在第六步中，将固态电解质溶液放置于干燥气氛中进行第一次烘干时，烘干温度为60～120℃，烘干时间为1～20小时，然后，在真空箱中进行第二次烘干，烘干温度为60～120℃，烘干时间为1～60小时，最终得到复合固态电解质。另外，本专利技术还提供了一种复合固态电解质膜，包括前面所述的有机无机复合固态电解质。另外，本专利技术还提供了一种复合固态电解质膜的原位制备方法，包括以下步骤：第一步、将聚合物单体1,3-二氧戊环和第一锂盐，溶于易挥发的小分子溶剂中，配制成第一混合溶液；第二步、将聚合反应引发剂溶于易挥发的小分子溶剂中，配制成聚合反应引发液；第三步、将原硅酸四乙酯和第二锂盐，溶于甲酸中，配制成第二混合溶液；第四步、按照预设的质量配比，将第一步获得的第一混合溶液与第三步获得的第二混合溶液进行混合，搅拌均匀，获得第三混合溶液。第五步、将第二步获得的聚合反应引发液，与第四步获得的第三混合溶液进行混合，并搅拌均匀，最终获得固态电解质溶液；第六步、将所得的固态电解液涂布于电解质膜的模具中，然后放置在干燥气氛中进行第一次烘干，然后放置于真空箱中进行第二次烘干，最终得到复合固态电解质膜。其中，在第一步中，所述第一混合溶液中，1,3-二氧戊环的质量含量为20％～100％，第一锂盐的质量含量为0～30％，小分子溶剂的质量含量为0～50％；在第一步中，所述小分子溶剂包括氮甲基吡咯烷酮NMP、碳酸二甲酯DMC和甲酸中的至少一种；所述第一锂盐包括LiTFSI、LiPF6、LiBO3和LiClO4中的至少一种。在第二步中，所述聚合反应引发剂包括过氧化苯甲酰、过氧化二碳酸二异丙酯、偶氮二异丁腈和三(三氟甲基-磺酸)铝中的至少一种。在第二步中，在所述聚合反应引发液中，引发剂的摩尔浓度为0-0.01M。在第三步中，所述第二锂盐包括LiTFSI、LiPF6、LiBO3、LiClO4和LiFSI等锂盐中的至少一种。在第三步中，在第二混合溶液中，第二锂盐的质量含量为0～30％，原硅酸四乙酯的质量含量为1％～20％，甲酸的质量含量为50％～99％；其中，在第四步中，第一步获得的第一混合溶液与第三步获得的第二混合溶液，它们之间进行混合时的质量比为20:80～80:20；在第五步中，在第二步获得的聚合反应引发液与第四步获得的第三混合溶液，它们之间混合获得的固态电解质溶液中，聚合反应引发液的质量含量为0～10％，第三混合溶液的质量含量为90～100％；在第六步中，将所得的固态电解液涂布于电解质膜的模具中，然后放置在干燥气氛中进行第一次烘干时，烘干温度为60～120℃，烘干时间为1～20小时；然后，在真空箱中进行第二次烘干，烘干温度为60～120℃，烘干时间为1～60小时，最终得到复合固态电解质膜。由以上本专利技术提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本专利技术提供了有机无机复合固态电解质、电解质膜及其原位制备方法，其能够有效提升固态电解质的室温电导率，并实现固态电解质与电极活性材料以及固态电解质与电极之间的软接触，有效解决固态电解质与电极活性材料之间以及固态电解质与电极之间的固-固界面问题，具有重大的实践意义。附图说明图1为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机无机复合固态电解质，其特征在于，包括：重量百分比为4％～80％的有机组分、0.2％～16％的无机组分和1％～30％的锂盐，以及重量百分比为1～50％的小分子化合物；其中，有机组分为聚合物固态电解质聚1,3‑二氧戊环、无机组分为氧化硅基骨架结构化合物；锂盐包括LiTFSI、LiPF6、LiBO3、LiClO4和LiFSI中的至少一种；小分子化合物包括氮甲基吡咯烷酮NMP、碳酸二甲酯DMC和甲酸中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种有机无机复合固态电解质，其特征在于，包括：重量百分比为4％～80％的有机组分、0.2％～16％的无机组分和1％～30％的锂盐，以及重量百分比为1～50％的小分子化合物；其中，有机组分为聚合物固态电解质聚1,3-二氧戊环、无机组分为氧化硅基骨架结构化合物；锂盐包括LiTFSI、LiPF6、LiBO3、LiClO4和LiFSI中的至少一种；小分子化合物包括氮甲基吡咯烷酮NMP、碳酸二甲酯DMC和甲酸中的至少一种。2.一种如权利要求1所述的有机无机复合固态电解质的原位制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、将聚合物单体1,3-二氧戊环和第一锂盐，溶于易挥发的小分子溶剂中，配制成第一混合溶液；第二步、将聚合反应引发剂溶于易挥发的小分子溶剂中，配制成聚合反应引发液；第三步、将原硅酸四乙酯和第二锂盐，溶于甲酸中，配制成第二混合溶液；第四步、按照预设的质量配比，将第一步获得的第一混合溶液与第三步获得的第二混合溶液进行混合，搅拌均匀，获得第三混合溶液。第五步、将第二步获得的聚合反应引发液，与第四步获得的第三混合溶液进行混合，并搅拌均匀，最终获得固态电解质溶液；第六步、将固态电解质溶液放置于干燥气氛中进行第一次烘干，然后放置于真空箱中进行第二次烘干，最终得到复合固态电解质。3.如权利要求2所述的原位制备方法，其特征在于，在第一步中，所述第一混合溶液中，1,3-二氧戊环的质量含量为20％～100％，第一锂盐的质量含量为0～30％，小分子溶剂的质量含量为0～50％；在第一步中，所述小分子溶剂包括氮甲基吡咯烷酮NMP、碳酸二甲酯DMC和甲酸中的至少一种；所述第一锂盐包括LiTFSI、LiPF6、LiBO3和LiClO4中的至少一种。4.如权利要求2所述的原位制备方法，其特征在于，在第二步中，所述聚合反应引发剂包括过氧化苯甲酰、过氧化二碳酸二异丙酯、偶氮二异丁腈和三(三氟甲基-磺酸)铝中的至少一种。在第二步中，在所述聚合反应引发液中，引发剂的摩尔浓度为0-0.01M。5.如权利要求2所述的原位制备方法，其特征在于，在第三步中，所述第二锂盐包括LiTFSI、LiPF6、LiBO3、LiClO4和LiFSI等锂盐中的至少一种。在第三步中，在第二混合溶液中，第二锂盐的质量含量为0～30％，原硅酸四乙酯的质量含量为1％～20％，甲酸的质量含量为50％～99％。6.如权利要求2所述的原位制备方法，其特征在于，在第四步中，第一步获得的第一混合溶液与第三步获得的第二混合溶液，它们之间进行混合时的质量比为20:80～80:20；在第五步中，在第二步获得的聚合反应引发液与第四步获得的第三混合溶液，它们之间混合获得的固态电解质溶液中，聚合反应引发液的质量含量为0～10％，第三混合溶液的质量含量为90～100％；在第六步中，将固态电解质溶液放置于干燥...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟繁慧，郑涛，刘婧，高凡，周江，伍绍中，
申请(专利权)人：天津力神电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12