一种固态电解质膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种固态电解质膜及其制备方法和应用，所述固态电解质膜按质量百分比包括如下组分制成：聚丙烯腈40～69%、双三氟甲烷磺酰亚胺锂15～30%、Li

【技术实现步骤摘要】
一种固态电解质膜及其制备方法和应用
本专利技术属于固态锂离子电池
，具体涉及一种固态电解质膜及其制备方法和应用。
技术介绍
随着清洁能源需求的日益增长，锂离子电池作为一种高效储能器件，具有输出电压高、比容量高等优点，在电动汽车、大规模储电等领域应用广泛。目前，市场广泛应用的锂离子电池内部的其中两个主要组件隔膜、电解液，对电池的电化学性能起到重要作用。不过，多孔高分子隔膜与有机电解液使用的有机溶剂（比如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯等）在锂电池的安全性能、耐高电压性能方面依然面临挑战。锂离子电池采用的有机液体电解质和电极材料在充放电过程中容易发生副反应，导致电池容量出现不可逆衰减，在长期使用过程中，有机液体电解质会出现挥发、干涸、泄露等现象，影响电池寿命。当前商用的锂离子电池电解质主要包括液体电解质、凝胶电解质。两者都具有较高的导电率，并且都能够很好的浸润电极材料颗粒、在电极材料表面形成电解质膜层。不过，这两种电解质的热稳定性有待提高。当电池内部或外部温度升高时，电解质和电极材料之间的电化学反应速度将显著加快，进一步产生大量热量，最终导致热失控。同时，电解液中的有机溶剂受热产生大量气体，导致电池密封生效，与外界接触后产生起火爆炸等严重后果。近年来，有关技术人员研究发现，固态电解质的全固态锂电池为进一步提升电池的能量密度和安全性提供可了可行的研究路径。固体电解质具有较高的离子导电率和低的电子导电率、不可燃性、使用温度范围较宽、在空气环境稳定，在电化器件、高能高密度电池、高储能与转化关系等诸多领域中有潜在的使用前景，已引起人们的广泛关注。全固态电解质在实际运用中也存在一些问题，比如（1）固态电解质室温导电率不高，全固态锂离子电池内阻较高；（2）由于电极材料与固态电解质固有的颗粒特征，电解质与电极材料之间存在严重的界面电阻；（3）微米级固态电解质膜制备成型困难，导致全固态锂离子电池组装难以实现，严重制约了固态锂电池的实际应用。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中的这些缺点，本专利技术提供了一种固态电解质膜。本专利技术还要解决的技术问题是提供了一种固态电解质膜的制备方法。本专利技术最后要解决的技术问题是提供了固态电解质膜制备锂电池中的应用。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种固态电解质膜，所述固态电解质膜按质量百分比包括如下组分制成：聚丙烯腈（PAN）40～69%、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)15～30%、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)1～30%。其中，所述聚丙烯腈的质均分子量为100000~600000。其中，所述Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3的制备方法包括如下步骤：按Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3的化学计量比，称取Li2CO3、TiO2、Al2O3、(NH4)2HPO4混合，球磨处理，随后在高温、空气氛围反应制得。本
技术实现思路
还包括所述的固态电解质膜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：1）LATP悬浮液的获得：按Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3的化学计量比，称取Li2CO3、TiO2、Al2O3、(NH4)2HPO4混合，球磨、过筛处理，将筛下的粉体分散于DMF，超声形成LATP悬浮液，记为溶液A；2）将聚丙烯腈溶于DMF，在干燥环境下搅拌得到PAN/DMF溶液，将双三氟甲烷磺酰亚胺锂加入PAN/DMF溶液，在干燥环境下继续搅拌，记为溶液B；3）将溶液A与溶液B混合，搅拌，超声处理，湿法涂布、干燥成膜，制得到固态电解质柔性薄膜。其中，所述步骤1）中的球磨转速为300~600rpm，球磨时间为3-6h。其中，所述步骤1）中球磨后在850~950℃、空气氛围反应6~12h。其中，所述步骤1）过300~500目筛。其中，所述步骤1）超声功率为800~1200W，超声时间为30~60min。其中，所述固态电解质柔性薄膜厚度为20～50μm。本
技术实现思路
还包括所述的固态电解质膜在制备锂电池中的应用，具体将该固态电解质膜组装固态锂离子电池，测试电化学性能。有益效果：相对于现有技术，本专利技术具备以下优点：本专利技术的方法制备的固态电解质薄膜可显著降低常规电解液的使用量，具有较高的电化学稳定性、提高了电池的循环性能。本专利技术利用高分子PAN的成膜性、LiTFSI的锂离子导电性、LATP作为填充体改善固态电解质膜电化学稳定性，从而实现PAN/LiTFSI/LATP复合材料膜起到锂离子电池的隔膜、锂离子传导的双重作用。附图说明图1实施例1样品的照片；图2实施例1样品的XRD图；图3实施例1、2、3和对比例的循环性能；图4实施例3样品的XRD图。具体实施方式以下为本专利技术的优选实施方式，仅用于解释本专利技术，而非用于限制本专利技术，且由该专利技术所作出的相关改进都属于本专利技术所附权利要求所保护的范围。PAN购买于ShanghaiMacklinBiochemicalCo.,Ltd.，货号为P823208；LiTFSI购买于上海阿拉丁生化科技股份有限公司，货号为B102576。商业化锂电池隔膜（深圳市星源材质科技股份有限公司，货号为SD216102）、商业化电解液（张家港市国泰华荣化工新材料有限公司，货号为NCA&NCM811），与商业化高镍三元材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（宁波金和新材料股份有限公司，货号为NCM811）实施例1制备2gLATP，按Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3的化学计量比，称取Li2CO3、TiO2、Al2O3、(NH4)2HPO4混合，在360rpm球磨处理4h，随后在850℃、空气氛，反应6h，制得LATP材料。将所得LATP材料在500rpm球磨处理4h，过400目筛后，将筛下的粉体分散于60mLDMF，超声处理40min，形成LATP悬浮液。取5.6gPAN（质均分子量为150000）溶于100mLDMF，在80℃、干燥环境下搅拌5h，加入2.4gLiTFSI，继续在80℃、干燥环境下继续搅拌3h得到PAN/LiTFSI溶液。将LATP悬浮液与PAN/LiTFSI溶液混合，搅拌1h，超声处理30min，湿法涂布、在80°C干燥12h成膜，制得到固态电解质柔性薄膜，厚度为35μm。所得固态电解质柔性膜的照片如图1，该薄膜具有柔性，表观均匀。复合膜的XRD图谱如图2显示了LATP在14.6°、21.0°、24.9°等位置的特征谱峰、PAN在17.5°的鼓包峰。将所得固态电解质膜在商业电解液中浸泡10s，取出作为隔膜、电解质，与商业化高镍三元材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2作为正极、金属锂作为负极，组装锂离子电池，测试电化学性能，在0.5C倍率的循环曲线如图3所示，在100次循环后，性能优于对比样品。实施例2制备1gLATP，按Li1.3Al0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态电解质膜，其特征在于，所述固态电解质膜按质量百分比包括如下组分制成：聚丙烯腈40～69%、双三氟甲烷磺酰亚胺锂15～30%、Li

【技术特征摘要】
1.一种固态电解质膜，其特征在于，所述固态电解质膜按质量百分比包括如下组分制成：聚丙烯腈40～69%、双三氟甲烷磺酰亚胺锂15～30%、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)31～30%。


2.根据权利要求1所述的固态电解质膜，其特征在于，所述聚丙烯腈的质均分子量为100000~600000。


3.权利要求1或2所述的固态电解质膜，其特征在于，所述Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3的制备方法包括如下步骤：按Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3的化学计量比，称取Li2CO3、TiO2、Al2O3、(NH4)2HPO4混合，球磨处理，随后在高温、空气氛围反应制得。


4.权利要求1~3任一项所述的固态电解质膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
1）LATP悬浮液的获得：按Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3的化学计量比，称取Li2CO3、TiO2、Al2O3、(NH4)2HPO4混合，球磨、过筛处理，将筛下的粉体分散于DMF，超声形成LATP悬浮液，记为溶液A；
2）将聚丙烯腈溶于D...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨刚，陈艳，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32