一种固态电池用复相电解质薄膜及其制备方法以及全固态锂电池技术

本发明专利技术涉及一种锂电池技术领域，特别涉及一种固态电池用复相电解质薄膜及其制备方法以及全固态锂电池。一种固态电池用复相电解质薄膜，包括至少两种固体电解质单层膜片，固体电解质单层膜片由包含以下重量份的原料制成：固体电解质颗30%‑70%、粘结剂8%‑15%、增塑剂4%‑12%、分散剂0.2%‑2%、溶剂17.8%‑41%；固体电解质颗粒为含锂活性快离子导体或惰性无机非金属。制备方法为：包括以下步骤：S1预制浆料；S2浆料成型；S3流延成膜；S4混合叠层；S5热压；S6脱脂热处理；本发明专利技术的固态电池用复相电解质薄膜可用于全固态锂电池，其具有机械强度高的优点；另外，本发明专利技术的制备方法具有工序简单，便于工业量化生产的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种固态电池用复相电解质薄膜及其制备方法以及全固态锂电池
本专利技术涉及一种锂电池
，特别涉及一种固态电池用复相电解质薄膜及其制备方法以及全固态锂电池。
技术介绍
目前商用的锂离子二次电池普遍以含有锂盐LiPF6的液态有机溶剂作为电解质，其能量密度已经达到理论极限(300Wh/kg)很难再有大的突破，其应用安全性也一直存在较大争议。全固态锂离子电池被视为下一代锂离子的发展方向，与目前的锂离子电池相比优势明显，包括：1)能量密度高，设计简单，可提高电池模块或电池包的能量；2)移除传统的易燃液体电解质，安全性大大提高；3)电池包设计成本低：由于将安全设施减至最少，减少了部署在锂离子电池中的工程解决方案；4)热管理系统简化，采用自动化、工业级卷对卷生产技术，提高了生产力。全固态锂离子电池在动力汽车和便携式储能器件领域具有广阔的应用前景，是培育新能源、改造旧能源的主流方向。固态电解质是全固态锂离子电池的核心部分，其作用是保证锂离子在正负极活性物质之间传递，同时作为隔膜隔离正负极防止内部短路。装配工艺对其性能的要求是具备孔隙率低、机械强度高、形状可控、易于批量化加工成型等方面。现有的无机固体电解质材料(玻璃陶瓷粉体)包括氧化物、硫化物等，这类材料的室温离子电导率可以做到接近液态电解质，但单一材料粉体制备的膜片机械强度都较低，玻璃陶瓷的脆性较大，加工性能差，尤其是电池对固体电解质厚度要求愈来愈薄的情况下，单一固体电解质材料的优劣势都非常明显，存在性能和制备难度的矛盾点。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的第一个目的在于提供一种固态电池用复相电解质薄膜，其具有机械强度高、加工性能好的优点。本专利技术的第二个目的在于提供一种固态电池用复相电解质薄膜的制备方法，其具有工序简单、便于操作，能够实现固态电池用复相电解质薄膜的量化生产。本专利技术的第三个目的在于提供一种固态电池用复相电解质薄膜在全固态锂电池中的应用，其具有应用在苛刻的动态环境中的优点。为实现上述第一个目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种固态电池用复相电解质薄膜，包括至少两种固体电解质单层膜片，所述固体电解质单层膜片由包含以下重量份的原料制成：固体电解质颗30％-70％、粘结剂8％-15％、增塑剂4％-12％、分散剂0.2％-2％、溶剂17.8％-41％；所述固体电解质颗粒为含锂活性快离子导体或惰性无机非金属粉体。通过采用上述技术方案，由多种单层膜片组成，不仅集合了各类无机电解质的电化学性能优势，具有较高的离子电导率、较宽的电化学窗口、优异的化学稳定性，还可以提高电解质膜片的抗弯曲强度、致密度、改善电池封装环节的良品率和可操作性，为固体电解质薄膜的批量应用提供了有效方法。同时，把多种固体电解质粉体的优点集中在一起，多层结构紧密贴合，每一层都提供了不同的作用，在保证膜片具有较高的室温离子电导率的同时，其抗弯曲强度也能实现明显提升，致密化和柔韧性也得到改善，利于机械加工。另外，合成固体电解质粉体的化学元素种类和数量决定了材料的成本，单一固体电解质粉体制备的电解质片价格是固定的，复相电解质薄膜可以从微观调节膜层的种类和数量，实现成本的优化。进一步地，所述固体电解质颗粒大小为D50＝0.2-10.0μm。通过采用上述技术方案，可进一步提升提高电解质膜片的抗弯曲强度、致密度。进一步地，所述含锂活性快离子导体包括LATP[(Li1+xAlxTi2-x(PO4)3)，0﹤x﹤1.0]、LAGP[(Li3-xAl2-xGex(PO4)3)，1.1﹤x﹤1.9]、LLTO[(LixLa2/3-xTiO3)，0﹤x﹤0.16]、LLZO(Li7La3Zr2O12)、LAO(LiAlO2)、LLZMO[Li7-xLa3Zr2-xMxO12(M＝Ta，Nb)(0.25﹤x﹤2)]、LGPS(Li3.25Ge0.25P0.75S4、Li10GeP2S12，Li3.5Ge0.35P1.65S12)、LPS[xLi2S·(100-x)P2S5]中的一种或多种。通过采用上述技术方案，含锂活性快离子导体具有高电导率、低活化能和电极电位最负等特点。进一步地，所述惰性无机粉体包括SiO2、ZrO2、Al2O3、BaTiO3、TiO2、MgO的一种或多种。通过采用上述技术方案，原料易得且成本较低，便于从从微观调节膜层的种类和数量，实现成本的优化。进一步地，所述粘结剂为乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、丙烯酸树脂、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸酯、松香酸树脂中的一种或多种。通过采用上述技术方案，具有较好的粘结性，进一步提升电解质膜片的抗弯曲强度、致密度。进一步地，所述增塑剂为聚乙二醇、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛脂、邻苯二甲酸丁苄脂中的一种或多种。通过采用上述技术方案，提升电解质膜片的可塑性，便于加工。进一步地，所述分散剂为三油酸甘油酯、油酸、松油醇、磷酸三乙酯中的一种或多种。通过采用上述技术方案，防止固体电解质颗粒的沉降和凝聚。进一步地，所述溶剂为正丁醇、乙醇、丁酮、甲苯、乙酸乙酯、二甲苯中的一种或多种。为实现上述第二个目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种上述固态电池用复相电解质薄膜的制备方法，包括以下步骤：S1：预制浆料将固体电解质颗粒与溶剂、分散剂充分混合，形成均质的悬浮浆料，且根据不同种类的固体电解质颗粒制得不同种类的悬浮浆料；S2：浆料成型向悬浮浆料内加入粘结剂、增塑剂再次充分混合，形成均质的成型浆料，且根据不同种类的悬浮浆料制得不同种类的成型浆料；S3：流延成膜将成型浆料流延成型单层电解质膜坯，且根据不同种类的成型浆料制得不同种类的单层电解质膜坯；S4：混合叠层将不同种类的单层电解质膜坯进行叠层，且根据不同的叠层次序以及叠层数量，制得不同种类的叠层膜坯；S5：热压将叠层膜坯进行热压，且根据不同的叠层膜坯，制得不同种类的复相生坯；S6：脱脂热处理将复相生坯进行脱脂热处理，且脱脂后根据不同种类的生坯形成不同种类的素坯；进一步将素坯放置于高温炉中进行烧结热处理，烧结温度800-1200℃，保温时间2-8h，烧结完毕，根据不同种类的素坯，制得不同种类的复相电解质薄膜。通过采用上述技术方案，本申请提供的制备方法工序简单、便于操作，能够实现固态电池用复相电解质薄膜的量化生产。为实现上述第三个目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种全固态锂电池，包括正极、负极以及上述固态电池用复相电解质薄膜，所述固态电池用复相电解质薄膜设置于所述正极和负极之间。通过采用上述技术方案，使制得的全固态锂电池具有应用在苛刻的动态环境中的优点。综上所述，本专利技术具有以下有益效果：1、本申请提供的复相固体电解质薄膜，由多种单层膜片组成，不仅集合了各类无机电解质的电化学性能优势，具有较高的离子电导率、较宽的电化学窗口、优异的化学稳定性，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态电池用复相电解质薄膜，其特征在于，包括至少两种固体电解质单层膜片，所述固体电解质单层膜片由包含以下重量份的原料制成：固体电解质颗30%-70%、粘结剂8%-15%、增塑剂4%-12%、分散剂0.2%-2%、溶剂17.8%-41%；所述固体电解质颗粒为含锂活性快离子导体或惰性无机非金属粉体。/n

【技术特征摘要】
1.一种固态电池用复相电解质薄膜，其特征在于，包括至少两种固体电解质单层膜片，所述固体电解质单层膜片由包含以下重量份的原料制成：固体电解质颗30%-70%、粘结剂8%-15%、增塑剂4%-12%、分散剂0.2%-2%、溶剂17.8%-41%；所述固体电解质颗粒为含锂活性快离子导体或惰性无机非金属粉体。


2.根据权利要求1所述的一种固态电池用复相电解质薄膜，其特征在于，所述固体电解质颗粒大小为D50=0.2-10.0μm。


3.根据权利要求1所述的一种固态电池用复相电解质薄膜，其特征在于，所述含锂活性快离子导体包括LATP[(Li1+xAlxTi2-x(PO4)3)，0﹤x﹤1.0]、LAGP[（Li3-xAl2-xGex(PO4)3），1.1﹤x﹤1.9]、LLTO[(LixLa2/3-xTiO3)，0﹤x﹤0.16]、LLZO（Li7La3Zr2O12）、LAO(LiAlO2)、LLZMO[Li7-xLa3Zr2-xMxO12(M=Ta，Nb)(0.25﹤x﹤2)]、LGPS(Li3.25Ge0.25P0.75S4、Li10GeP2S12，Li3.5Ge0.35P1.65S12)、LPS[xLi2S·(100-x)P2S5]中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的一种固态电池用复相电解质薄膜，其特征在于，所述惰性无机粉体包括SiO2、ZrO2、Al2O3、BaTiO3、TiO2、MgO的一种或多种。


5.根据权利要求1所述的一种固态电池用复相电解质薄膜，其特征在于，所述粘结剂为乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、丙烯酸树脂、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸酯、松香酸树脂中的一种或多种。


6.根据权利要求1所述的一种固态电池用复相电解质薄膜，其特征在于，所述增...

【专利技术属性】
技术研发人员：许晓雄，林久，
申请(专利权)人：浙江锋锂新能源科技有限公司，江西赣锋锂业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33