一种固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜及其制备方法技术

一种固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜及其制备方法，原料成分为聚偏氟乙烯和锂盐，或者为聚偏氟乙烯、锂盐和添加剂；锂盐为LiClO

【技术实现步骤摘要】
一种固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜及其制备方法
本专利技术属于锂电池材料
，特别涉及一种固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜及其制备方法。
技术介绍
随着手机和电动汽车等设备电池安全事故的频频发生，迫切需要解决锂离子电池中电解液易燃、易漏的问题。使用固态电解质取代传统液态电解液是解决电池安全问题的有效手段。与无机固态电解质相比，聚合物电解质具有优异柔韧性，易于加工和适合大规模工业化制备的优点；但是低室温锂离子电导率，窄电化学窗口和差的机械性能制约了聚合物电解质的进一步应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜及其制备方法，采用聚偏氟乙烯(PVDF)为基体，加入锂盐通过简单制备制成电解质薄膜，使其具有高室温离子电导率、宽电化学稳定窗口和优异机械性能。本专利技术的固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜的原料成分为聚偏氟乙烯和锂盐；聚偏氟乙烯占全部原料总质量的40～60％，其余为锂盐；所述的锂盐为LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiB(C2O4)2、LiAsF6、LiN(CF3SO2)2和LiCF3SO3中的一种或两种以上的混合物。上述的固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜的原料成分为聚偏氟乙烯、锂盐和添加剂，添加剂占聚偏氟乙烯和锂盐总质量的10％以下；所述的添加剂为Li3LaTiO3、LiTi2(PO4)3、LiZr2(PO4)3、Li7La3Zr2O12和Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3中的一种或两种以上的混合物。上述的固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜的弹性模量为250～400MPa。上述的固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜的室温离子电导率为0.9×10-4～2.4×10-4Scm-1。上述的固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜的热稳定温度>200℃。本专利技术的固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜的制备方法之一按以下步骤进行：1、将聚偏氟乙烯和锂盐溶于溶剂中，搅拌4～8h制成混合溶液；将混合溶液用流延法在玻璃板上刮涂，形成薄膜前驱体；2、将涂覆有薄膜前驱体的玻璃板在真空条件下加热至60～100℃后保温至少24h，再空冷至常温，在玻璃板表面获得厚度20～200μm的固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜。本专利技术的固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜的制备方法之二按以下步骤进行：1、将聚偏氟乙烯和锂盐溶于溶剂中，搅拌4～8h制成混合溶液；向混合溶液中加入添加剂，然后继续搅拌12～48h制成悬浊液；将悬浊液用流延法在玻璃板上刮涂，形成薄膜前驱体；2、将涂覆有薄膜前驱体的玻璃板在真空条件下加热至60～100℃后保温至少24h，再空冷至常温，在玻璃板表面获得厚度20～200μm的固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜。上述的步骤1中，溶剂为DMF(二甲基甲酰胺)、NMP(N-甲基吡咯烷酮)或DMAC(二甲基乙酰胺)，聚偏氟乙烯和锂盐的总质量与溶剂的质量比为1:(4～5)。本专利技术的固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜的使用方法为：将固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜与锂电池正极和锂电池负极组装成锂电池。本专利技术的锂电池在1C电流密度下的容量为78～98mAhg-1，恒流充放电循环200圈后容量保持率为68～88％。本专利技术的固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜旨在解决现有聚合物电解质普遍存在的低室温离子电导率、窄电化学窗口和差的锂枝晶抑制能力，导致使用受限的技术问题；本专利技术的固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜具有高室温离子电导率、宽电化学稳定窗口和优异机械性能的特点；本专利技术的制备方法流程简单，适合大规模工业化生产；组装的全固态锂金属电池在室温下表现出高的容量和优异的循环稳定性。附图说明图1为本专利技术实施例1中制备的固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜外观照片图；图2为本专利技术实施例1中制备的固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜的弹性模量测试结果曲线图；图3为本专利技术实施例2中制备的固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜的弹性模量试结果曲线图；图4为本专利技术实施例1中制备的固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜热重分析曲线图；图5为本专利技术实施例2中制备的固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜热重分析曲线图；图6为本专利技术实施例1中制备的固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜离子电导率测试曲线图；图7为本专利技术实施例2中制备的固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜离子电导率测试曲线图；图8为本专利技术实施例1中制备的锂电池25℃循环性能测试曲线图；图9为本专利技术实施例2中制备的锂电池25℃循环性能测试曲线图。具体实施方式本专利技术实施例中采用的聚偏氟乙烯为市购分析纯试剂。本专利技术实施例中采用的LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiB(C2O4)2、LiAsF6、LiN(CF3SO2)2和LiCF3SO3为市购分析纯试剂。本专利技术实施例中采用的Li3LaTiO3、LiTi2(PO4)3、LiZr2(PO4)3、Li7La3Zr2O12和Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3为市购分析纯试剂。本专利技术实施例中采用的DMF、NMP和DMAC为市购分析纯试剂。本专利技术实施例中，流延法刮涂时刮刀厚度1～3mm。本专利技术实施例中的聚偏氟乙烯选用Kynar公司的HSV900。本专利技术实施例中采用的玻璃板市购普通玻璃板，采用的加热设备为真空烘箱。本专利技术实施例中机械性能测试采用是德科技公司的G200纳米压痕仪。本专利技术实施例中热重分析采用InstrumentSpecialists公司的TGAi1000热重分析仪。本专利技术实施例中离子电导率测试采用Gamry公司的Reference600电化学工作站。本专利技术实施例中循环性能测试采用武汉蓝电公司的CT2001A电池测试仪。本专利技术实施例中采用的锂电池正极为磷酸铁锂正极。本专利技术实施例中采用的锂电池负极为金属锂负极。本专利技术实施例中组装锂电池采用正极壳、锂电池正极、锂电池负极、复合聚合物电解质薄膜、负极壳、不锈钢片和弹片组装锂电池。本专利技术实施例中锂电池在1C电流密度下的容量为78～98mAhg-1，恒流充放电循环200圈后容量保持率为68～88％。本专利技术实施例中固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜的弹性模量250～400MPa，室温离子电导率为0.9×10-4～2.4×10-4Scm-1，热稳定温度>200℃。以下为本专利技术优选实施例。实施例1将原料聚偏氟乙烯和锂盐溶于溶剂中，搅拌8h制成混合溶液；原料中聚偏氟乙烯占全部原料总质量的50％，锂盐为LiN(CF3SO2)2；溶剂为DMF，聚偏氟乙烯和锂盐的总质量与溶剂的质量比为1:4；将混合溶液用流延法在玻璃板上刮涂，形成薄膜前驱体；将涂覆有薄膜前驱体的玻璃板在真空条件下加热至100℃后保温24h，再空冷至常温，在玻璃板表面获得厚度100μm的固态本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜，其特征在于原料成分为聚偏氟乙烯和锂盐；聚偏氟乙烯占全部原料总质量的40～60％，其余为锂盐；所述的锂盐为LiClO

【技术特征摘要】
1.一种固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜，其特征在于原料成分为聚偏氟乙烯和锂盐；聚偏氟乙烯占全部原料总质量的40～60％，其余为锂盐；所述的锂盐为LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiB(C2O4)2、LiAsF6、LiN(CF3SO2)2和LiCF3SO3中的一种或两种以上的混合物。


2.根据权利要求1所述的一种固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜，其特征在于原料成分为聚偏氟乙烯、锂盐和添加剂，添加剂占聚偏氟乙烯和锂盐总质量的10％以下；所述的添加剂为Li3LaTiO3、LiTi2(PO4)3、LiZr2(PO4)3、Li7La3Zr2O12和Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3中的一种或两种以上的混合物。


3.根据权利要求1所述的一种固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜，其特征在于固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜的弹性模量250～400MPa。


4.根据权利要求1所述的一种固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜，其特征在于固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜的室温离子电导率为0.9×10-4～2.4×10-4Scm-1。


5.一种权利要求1所述的固态锂电池用复合聚合物电解质薄膜的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)将聚偏氟乙烯和锂盐溶于溶剂中，搅拌4～8h制成混合溶液；将混合溶液用流延法在玻璃板上刮涂，形成薄膜前驱体；
(2)将涂覆有薄膜前...

【专利技术属性】
技术研发人员：厉英，张森森，倪培远，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21