一种聚合物固态电解质、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开一种聚合物固态电解质，包括无机填料、负载无机填料的聚环氧乙烷，负载有无机填料的聚环氧乙烷均匀分散于聚偏氟乙烯‑六氟丙烯；无机填料为Li

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物固态电解质、制备方法及应用
本专利技术涉及化学电源
，特别是涉及一种聚合电解质、制备方法及应用。
技术介绍
全固态电池由于其高安全性和高能量密度等优势受到了广泛关注。其中，以硫化物,聚合物，氧化物为代表的固态电池都取得了可喜的进展。应用于全固态电池的聚合物电解质具有柔韧性好、高安全性、不易泄露和对锂金属稳定等优点，在保证电池安全性能的同时可有效地抑制锂枝晶的生长，提高电池的循环寿命。但是，低的室温离子电导率以及电解质与电极的界面接触问题阻碍了其进一步发展。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种聚合物固态电解质，该专利技术离子电导率显著提高，并改善与正极和负极的界面接触。为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：一种聚合物固态电解质，包括无机填料、负载无机填料的聚环氧乙烷，负载有无机填料的聚环氧乙烷均匀分散于聚偏氟乙烯-六氟丙烯；无机填料为Li10GeP2S12、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3、Li7La3Zr2O12、Li0.33La0.557TiO3中的一种或者几种。优选所述聚环氧乙烷重均分子量在500万到900万之间；聚偏氟乙烯-六氟丙烯重均分子量约40万。本专利技术聚环氧乙烷与无机填料的亲和性比较好，聚偏氟乙烯-六氟丙烯与双氟磺酰亚胺锂盐-四乙二醇二甲醚溶液的亲和性非常好。优选所述聚环氧乙烷与无机填料的质量比在3:7到8:2之间。本专利技术聚环氧乙烷的室温锂离子电导率非常低，但具有很好的柔韧性和很高的拉伸强度，本专利技术选用的无机填料具有较高的室温锂离子电导率，但无机填料自身无法单独做电池隔离膜。将具有较高室温锂离子电导率的无机填料与聚环氧乙烷复合，可以保证最终固态电解质产品整体的柔韧性和较高的室温锂离子电导率。环氧乙烷比例越高，最终的聚合物固态电解质柔韧性越好，但室温离子电导率会有所下降；无机填料比例越高，最终的聚合物固态电解质室温锂离子电导率会提高，但柔韧性下降，拉伸强度降低，不利于产品加工。优选所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯与聚环氧乙烷/无机填料的质量比在35:65到80:20之间。本专利技术聚偏氟乙烯-六氟丙烯与双氟磺酰亚胺锂盐-四乙二醇二甲醚离子液体有很好的亲和性；该比例越大，与离子液体亲和性越好，组装的固态电池性能越好，当比例达到一定程度后，固态电解质室温锂离子电导率降低，对电池产生负面影响。本专利技术的第二个目的在于提供一种聚合物固态电解质制备方法，该专利技术工艺简便，制得一种具有骨架结构的聚合物固态电解质。为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：一种聚合物固态电解质制备方法，包括以下步骤：步骤一、将聚环氧乙烷溶解于二甲基甲酰胺，搅拌得均匀溶液；步骤二、将无机填料颗粒加入溶液中，搅拌，得到聚环氧乙烷/无机填料混合液；步骤三、将聚偏氟乙烯-六氟丙烯加入聚环氧乙烷/无机填料混合液中，聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶解得到聚偏氟乙烯-六氟丙烯/聚环氧乙烷/无机填料的悬浮液；步骤四、将步骤三制得悬浮液平铺在具有一定深度的模具上，烘干得到固态电解质薄膜。本专利技术的第三个目的在于提供一种固态电池，该专利技术电池内阻显著降低，循环性能显著提升。为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：一种固态电池，包括制得的聚合物固态电解质薄膜，固体电解质薄膜在双氟磺酰亚胺锂盐-四乙二醇二甲醚中浸泡之后用于组装电池和测试。优选双氟磺酰亚胺锂盐-四乙二醇二甲醚与聚偏氟乙烯-六氟丙烯等摩尔比。优选所述固态电池的正极材料表面包覆Li3InCl6；通过在正极材料表面包覆Li3InCl6，在抑制界面反应的同时具有较高的离子导电性，提高正极材料稳定性，提高电池循环性能。进一步优选，Li3InCl6质量占正极材料质量的3％至30％。本专利技术包覆量越大，正极材料包覆越充分，同时也要防止正极材料结构被破坏。但包覆量显著影响活性物质比容量，包覆量越大，活性物质比容量越低。优选所述正极材料为磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、锰酸锂、富锂材料中的一种。通过采用上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的聚合物固体电解质，聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)与聚环氧乙烷(PEO)形成的有机骨架具有良好的机械性能和界面接触，无机填料的加入提高了混合电解质的离子导电率，从而提升固态电池性能；本专利技术聚合物固态电解质薄膜的拉伸强度可达16.1MPa，离子导电率可达2.1*10-3S/cm；2、本专利技术利用PVDF-HFP与离子液体的相互作用，将制备的聚合物固体电解质浸泡在离子液体双氟磺酰亚胺锂盐-四乙二醇二甲醚(LiFSI-TEGDME)中，提高聚合物固体电解质的离子电导率，并增加聚合物固体电解质的界面接触，显著改善固态电池内阻和循环性能；3、本专利技术的制备方法简单，适宜工业生产。从而实现本专利技术的上述目的。附图说明图1是本专利技术中实施例1至5以及对比例制得固态电池的循环性能曲线。具体实施方式为了进一步解释本专利技术的技术方案，下面通过具体实施例来对本专利技术进行详细阐述。实施例1本实施例公开一种聚合物固态电解质制备方法，包括以下步骤：步骤一、首先将PEO溶解于二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌得到稳定溶液；步骤二、将无机填料Li10GeP2S12加入溶液中，搅拌6h，得到PEO/Li10GeP2S12混合液；控制PEO与Li10GeP2S12的质量比为4:6；步骤三、将PVDF-HFP加入上述PEO/Li10GeP2S12混合液中，于60℃下搅拌24h,得到PVDF-HFP/PEO/Li10GeP2S12的悬浮液；控制PVDF-HFP与PEO/Li10GeP2S12的质量比为70:30；步骤四、将上述悬浮液平铺在具有一定深度的模具上，于60℃下烘干，得到PVDF-HFP/PEO/Li10GeP2S12薄膜。将化学计量比为1:3的InCl3和LiCl溶解在去离子水中，形成透明的Li3InCl6·nH2O溶液。随后，将正极材料钴酸锂添加到透明溶液中。在100℃下蒸发水溶液后，将获得的干粉转移至真空炉，并在200℃下加热5h以脱掉结晶水，即可得到Li3InCl6包裹的正极复合材料。以质量分数计，控制Li3InCl6的包覆量为5％。将制备的聚合物固体电解质薄膜在离子液体LiFSI-TEGDME中浸泡4h，作为固态锂电池的电解质；其中，双氟磺酰亚胺锂盐-四乙二醇二甲醚与聚偏氟乙烯-六氟丙烯等摩尔比；正极以包覆Li3InCl6的钴酸锂为活性材料，铝箔为集流体，碳黑为导电剂，PVDF为粘结剂；负极为金属锂，组装固态锂电池。测试本实施例制得聚合物固态电解质性能以及固态电池性能，具体数据详见表1和图1所示。实施例2本实施例公开一种聚合物固态电解质制备方法，包括以下步骤：步骤一、将PEO溶解于二甲基甲酰胺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚合物固态电解质，其特征在于：/n包括无机填料、负载无机填料的聚环氧乙烷，负载有无机填料的聚环氧乙烷均匀分散于聚偏氟乙烯-六氟丙烯；/n无机填料为Li

【技术特征摘要】
1.一种聚合物固态电解质，其特征在于：
包括无机填料、负载无机填料的聚环氧乙烷，负载有无机填料的聚环氧乙烷均匀分散于聚偏氟乙烯-六氟丙烯；
无机填料为Li10GeP2S12、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3、Li7La3Zr2O12、Li0.33La0.557TiO3中的一种或者几种。


2.如权利要求1所述的一种聚合物固态电解质，其特征在于：
聚环氧乙烷重均分子量在500万到900万之间；
聚偏氟乙烯-六氟丙烯重均分子量约40万。


3.如权利要求1所述的一种聚合物固态电解质，其特征在于：聚环氧乙烷与无机填料的质量比在3:7到8:2之间。


4.如权利要求1所述的一种聚合物固态电解质，其特征在于：聚偏氟乙烯-六氟丙烯与聚环氧乙烷/无机填料的质量比在35:65到80:20之间。


5.一种如权利要求1至4任一项所述的一种聚合物固态电解质制备方法，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤一、将聚环氧乙烷溶解于二甲基甲酰胺，搅拌得均匀溶液；...

【专利技术属性】
技术研发人员：易祖良，李炳江，王立群，孙晓玉，郑浪，叶鑫，刘奕凯，
申请(专利权)人：常州赛得能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32