一种无机快离子导体纳米纤维及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种无机快离子导体纳米纤维及其制备方法和应用，所述无机快离子导体纳米纤维的制备方法包括：对纺丝前驱体溶液进行气流气泡纺丝，而后进行高温烧结，得到所述无机快离子导体纳米纤维；采用气流气泡纺丝法制备无机快离子导体纳米纤维具有制备工艺简单、生产效率高，能够避免在上万伏高压静电下进行，降低安全隐患；通过无机快离子导体纳米纤维制备的复合全固态电解质薄膜具有较高的力学性能和离子导电性，有利于提高固态电池动力学性能和循环使用寿命。

An inorganic fast ionic conducting nanofiber and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种无机快离子导体纳米纤维及其制备方法和应用
本专利技术属于纤维领域，涉及一种无机快离子导体纳米纤维及其制备方法和应用，尤其涉及一种无机快离子导体纳米纤维、复合全固态电解质薄膜及其制备方法和应用，更进一步涉及一种无机快离子导体纳米纤维的制备方法，由该制备方法制备得到的无机快离子导体纳米纤维，包含该无机快离子导体纳米纤维的复合全固态电解质薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池因其具有能量密度高、自放电率低、循环效率高，循环寿命长等特点，受到了新能源汽车产业的欢迎，取得了长足的发展。但目前的锂离子电池技术尚未成熟，安全性不稳定的问题仍然存在。新能源汽车销量逐年增长却伴随着安全事故的增加，其中，电池自燃占比事故原因较高。自燃的原因是由于锂锂离子电池发生内部或者外部短路后，短时间内电池释放出大量热量，温度极剧升高，导致热失控。而商用的锂离子电池一般都采用有机液态电解质，在高温下会被点燃，最终导致电池起火或者爆炸。与传统锂离子电池相比，全固态锂电池所使用电解质是固态电解质，其最突出的优点是安全性。全固态电解质具有不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发的特性，避免了传统锂离子电池中的电解液泄露、电极短路等现象，降低了电池组对于温度的敏感性，根除安全隐患。同时，全固态电解质的绝缘性使得其良好地将电池正极与负极阻隔，避免正负极接触产生短路的同时能充当隔膜的功能。常见的固态电解质分为聚合固态电解质和无机固态电解质，但其都有各自优点和不足。因此，提供一种生产效率高、离子电导率高以及机械性能好的复合全固态电解质薄膜非常有必要。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种无机快离子导体纳米纤维及其制备方法和应用，尤其涉及一种无机快离子导体纳米纤维、复合全固态电解质薄膜及其制备方法和应用，其中采用气流气泡纺丝法制备无机快离子导体纳米纤维具有制备工艺简单、生产效率高，能够避免在上万伏高压静电下进行，降低安全隐患；通过无机快离子导体纳米纤维制备的复合全固态电解质薄膜具有较高的力学性能和离子导电性，有利于提高固态电池动力学性能和循环使用寿命。本专利技术的目的之一在于提供一种无机快离子导体纳米纤维的制备方法，所述无机快离子导体纳米纤维的制备方法包括：对纺丝前驱体溶液进行气流气泡纺丝，而后进行高温烧结，得到所述无机快离子导体纳米纤维。在本专利技术中，采用气流气泡纺丝法制备无机快离子导体纳米纤维具有制备工艺简单、生产效率高，能够避免在上万伏高压静电下进行，降低安全隐患；通过无机快离子导体纳米纤维制备的复合全固态电解质薄膜具有较高的力学性能和离子导电性，有利于提高固态电池动力学性能和循环使用寿命。在本专利技术中，所述纺丝前驱体溶液的制备方法包括：将金属盐和高分子聚合物加入有机溶剂中，混合，陈化，得到所述纺丝前驱体溶液。在本专利技术中，所述金属盐的化学式包括Li3xLa2/3-xTiO3、Li1+yAlyTi2-y(PO4)3或Li7-zLa3Zr2-zMzO12中的任意一种或至少两种的组合，其中0.04＜x＜0.2(例如x可以为0.04、0.05、0.08、0.1、0.12、0.15、0.17、0.2等)，0.1＜y＜0.6(例如0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6等)，0＜z＜2(例如0、0.2、0.5、0.7、1、1.2、1.5、1.7、2等)，M为Ta、Nb或Bi中的任意一种。在本专利技术中，所述纺丝前驱体溶液中金属盐的浓度为0.05-2.5mol/L，例如0.05mol/L、0.2mol/L、0.5mol/L、0.7mol/L、1mol/L、1.2mol/L、1.5mol/L、1.7mol/L、2mol/L等。在本专利技术中，所述高分子聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯乙酸脂、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯或聚丙烯腈中的任意一种或至少两种的组合。在本专利技术中，所述高分子聚合物的数均分子量为20-150万，例如20万、30万、40万、50万、60万、70万、80万、90万、100万、110万、120万、130万、140万、150万等。在本专利技术中，所述纺丝前驱体溶液中高分子聚合物的浓度为0.03-0.20Kg/L，例如0.03Kg/L、0.05Kg/L、0.08Kg/L、0.10Kg/L、0.12Kg/L、0.15Kg/L、0.18Kg/L、0.20Kg/L等。在本专利技术中，所述有机溶剂包括乙醇、乙二醇、异丙醇、乙酰丙酮、冰醋酸或N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种或至少两种的组合。在本专利技术中，所述混合是在搅拌条件下进行的。在本专利技术中，所述陈化的温度为15-40℃，例如15℃、18℃、20℃、22℃、25℃、27℃、30℃、32℃、35℃、37℃、40℃等。在本专利技术中，所述陈化的时间为6-12h，例如6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h等。在本专利技术中，所述气流气泡纺丝包括：对纺丝前驱体溶液施加气流产生气泡，而后将产生的气泡破裂并拉伸喷射。在本专利技术中，产生所述气泡用气流速率为2-10L/min，例如2L/min、3L/min、4L/min、5L/min、6L/min、7L/min、8L/min、9L/min、10L/min等。在本专利技术中，所述气泡破裂的气场中的气流速率为400-1200L/min，例如400L/min、500L/min、600L/min、700L/min、800L/min、900L/min、1000L/min、1100L/min、1200L/min等。在本专利技术中，所述气泡气流纺丝的纺丝间距为10-25cm，例如10cm、12cm、15cm、17cm、20cm、22cm、25cm等。在本专利技术中，所述高温烧结是在高温炉内进行的。在本专利技术中，所述制备方法还包括对气流气泡纺丝得到的纤维进行干燥。在本专利技术中，所述干燥的温度为50-100℃，例如50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃等。在本专利技术中，所述干燥的时间为5-15h，例如5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h、13h、14h、15h等。在本专利技术中，所述高温烧结包括：第一步，以2-5℃/min(例如2℃/min、2.5℃/min、3℃/min、3.5℃/min、4℃/min、4.5℃/min、5℃/min等)的升温速率从25℃升温至500℃，保温1-2h(例如1h、1.2h、1.5h、1.7h、2h等)；第二步，以5-10℃/min(例如5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min、10℃/min等)的升温速率从500℃升温至700-1000℃(例如700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃等)，保温2-6h(例如2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h、6h等)；第三步，以5-10℃/min(例如5℃/min、6℃/min本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无机快离子导体纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述无机快离子导体纳米纤维的制备方法包括：对纺丝前驱体溶液进行气流气泡纺丝，而后进行高温烧结，得到所述无机快离子导体纳米纤维。/n

【技术特征摘要】
1.一种无机快离子导体纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述无机快离子导体纳米纤维的制备方法包括：对纺丝前驱体溶液进行气流气泡纺丝，而后进行高温烧结，得到所述无机快离子导体纳米纤维。


2.根据权利要求1所述的无机快离子导体纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述纺丝前驱体溶液的制备方法包括：将金属盐和高分子聚合物加入有机溶剂中，混合，陈化，得到所述纺丝前驱体溶液。


3.根据权利要求2所述的无机快离子导体纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述金属盐的化学式包括Li3xLa2/3-xTiO3、Li1+yAlyTi2-y(PO4)3或Li7-zLa3Zr2-zMzO12中的任意一种或至少两种的组合，其中0.04＜x＜0.2，0.1＜y＜0.6，0＜z＜2，M为Ta、Nb或Bi中的任意一种；
优选地，所述纺丝前驱体溶液中金属盐的浓度为0.05-2.5mol/L；
优选地，所述高分子聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯乙酸脂、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯或聚丙烯腈中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述高分子聚合物的数均分子量为20-150万；
优选地，所述纺丝前驱体溶液中高分子聚合物的浓度为0.03-0.20Kg/L；
优选地，所述有机溶剂包括乙醇、乙二醇、异丙醇、乙酰丙酮、冰醋酸或N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述混合是在搅拌条件下进行的；
优选地，所述陈化的温度为15-40℃；
优选地，所述陈化的时间为6-12h。


4.根据权利要求1-3任一项所述的无机快离子导体纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述气流气泡纺丝包括：对纺丝前驱体溶液施加气流产生气泡，而后将产生的气泡破裂并拉伸喷射；
优选地，产生所述气泡用气流速率为2-10L/min；
优选地，所述气泡破裂的气场中的气流速率为400-1200L/min；
优选地，所述气泡气流纺丝的纺丝间距为10-25cm；
优选地，所述高温烧结是在高温炉内进行的；
优选地，所述制备方法还包括对气流气泡纺丝得到的纤维进行干燥；
优选地，所述干燥的温度为50-100℃；
优选地，所述干燥的时间为5-15h；
优选地，所述高温烧结包括：第一步，以2-5℃/min的升温速率从25℃升温至500℃，保温1-2h；第二步，以5-10℃/min的升温速率从500℃升温至700-1000℃，保温2-6h；第三步，以5-10℃/min的降温速率从700-1000℃降温至25℃。


5.根据权利要求1-4任一项所述无机快离子导体纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将金属盐和高分子聚合物在搅拌条件下溶于有机溶剂中，15-40℃陈化6-12h，得到所述纺丝前驱体溶液；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：于清江，江柯成，陈先金，张传建，唐文，姚毅，姜斌，龙绘锦，
申请(专利权)人：江苏塔菲尔新能源科技股份有限公司，东莞塔菲尔新能源科技有限公司，深圳塔菲尔新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32