一种等离子体界面修饰石榴石型复合固态电解质的方法技术

本发明专利技术公开了一种等离子体界面修饰石榴石型复合固态电解质的方法，属于能源材料领域。本发明专利技术采用等离子体对石榴石型复合固态电解质表面进行活化处理，改善了石榴石型复合固态电解质与固态电极的兼容性，降低了石榴石型复合固态电解质的界面阻抗以及使用所述石榴石型复合固态电解质的固态锂电池的极化，增加了固态电池的循环寿命以及石榴石型复合固态电解质的离子电导率。本发明专利技术方法周期短、成本低廉，可进行商业化生产，进一步实现固态电解质在商业化中的应用。质在商业化中的应用。质在商业化中的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种等离子体界面修饰石榴石型复合固态电解质的方法


[0001]本专利技术涉及新能源材料领域，特别涉及一种等离子体界面修饰石榴石型复合固态电解质的方法。

技术介绍

[0002]自21世纪以来，人类社会在迅猛发展，人类享受着诸多科技带来的好处，但同时也不得不去面对各种环境问题诸如：日益枯竭的化石燃料资源，日趋明显的全球温室效应等，这迫使人类必须改变当前的能源消耗模式，大力发展可再生的清洁能源。与此同时，锂离子电池作为清洁能源的高效储能器件引起了广泛关注。
[0003]目前，锂离子电池是基于有机电解质来进行锂离子传导的，进而实现能量的存储与转换。然而，在实际应用过程中锂离子电池通常会受到有机液体电解质电化学性能和热稳定性能差等问题的限制，并且存在尤为突出的安全问题，容易发生挥发、泄漏、燃烧、爆炸等重大安全隐患。
[0004]近年来，由于锂金属负极具有高质量比容量(3860mAh/g)以及低的电化学电势(对标准氢电极-3.04V)被视作下一代高能量密度电池的关键负极材料。但是，锂金属作为负极时，锂枝晶的生长会刺穿隔膜造成电池内部短路。使用固态电解质能够有效地抑制锂枝晶带来的短路问题。
[0005]此外固态电解质具有以下几大优点：1)高安全性，且避免泄漏和可燃性问题的发生；2)可拓展的电化学窗口；3)高能量密度。因此，固态锂电池的开发不仅具有重要的应用前景，足以引起储能器件与应用的革命性变化，且对国家安全等战略也有非常重要的作用。根据使用固态电解质的种类，固态锂电池主要可以分为无机固态电解质电池和聚合物电池等。然而，目前开发性能优越的固态锂电池，仍然面临诸多科学与技术挑战。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种等离子体界面修饰石榴石型复合固态电解质的方法，使得固态电解质界面修饰工艺简单、安全可靠、成本低廉，且界面阻抗减小，进而使用上述石榴石型复合固态电解质的固态锂电池的循环寿命更长，性能更优越。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术一种实施例提供的等离子体界面修饰石榴石型复合固态电解质的方法包括以下步骤：
[0008]石榴石型复合固态电解质的制备：按预设比例称取聚合物与石榴石型固态电解质粉末，先将所述聚合物溶于溶剂中搅拌第一预定时间后得到均匀的第一混合溶液，再加入所述石榴石型固态电解质粉末至所述第一混合溶液并搅拌第二预定时间得到第二混合溶液，然后将所述第二混合溶液浇注到预设模具中，再进行真空干燥以去除所述溶剂并成型为石榴石型复合固态电解质膜，从所述预设模具中取出所述石榴石型复合固态电解质膜并进行辊压，得到厚度均匀的石榴石型复合固态电解质；及
[0009]等离子体活化处理：对所述石榴石型复合固态电解质的表面进行等离子体活化处
理，得到活化的所述石榴石型复合固态电解质。
[0010]相较于现有技术，上述等离子体界面修饰石榴石型复合固态电解质的方法中，采用等离子活化处理对所述石榴石型复合固态电解质的表面进行等离子体活化处理，使得所述石榴石型复合固态电解质增加固-固界面兼容性，界面阻抗降低，电池的极化降低，并延长使用上述等离子体界面修饰石榴石型复合固态电解质的固态电池的循环寿命，且性能优越。此外，上述等离子体界面修饰石榴石型复合固态电解质的方法工艺流程简单，基本不涉及复杂的反应过程，降低了能耗和设备的投资。另外，本专利技术的任何工艺环节基本没有“三废”的产生，符合绿色产业理念，对环境友好。
[0011]在一些实施例中，所述预设比例为所述聚合物与所述石榴石型固态电解质粉末的质量比例，所述质量比例的范围为10wt.％～50wt.％。具体地，按照上述预设比例，可以有效抑制聚合物结晶，降低玻璃化转变温度，呈现出较好的机械性和导电性能，最终获得的活化后的所述石榴石型复合固态电解质的机械性能和离子电导率较高，且电池具有较优良的循环性能。
[0012]在一些实施例中，所述聚合物种包括聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)(PVDF-HFP)中的至少一种。具体地，采用上述聚合物，以其电化学稳定性好、热力学稳定性好以及有利于离子快速迁移的结构等优势，可以使得最终获得活化后的所述石榴石型复合固态电解质具有较优的离子电导率、机械性能以及电化学性能。
[0013]在一些实施例中，所述溶剂包括丙酮、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、乙腈、N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的一种或两种。具体地，采用上述溶剂，与上述聚合物相容性良好，最终获得的活化后的所述石榴石型复合固态电解质具有较优的微观结构和机械性能。
[0014]在一些实施例中，将所述聚合物溶于所述溶剂中搅拌所述第一预定时间的步骤中，搅拌转子转速范围为1000r/min～1500r/min。具体地，采用上述转速的搅拌转子，可以使得第一混合溶液更加均匀，减少气泡的产生。
[0015]加入所述石榴石型固态电解质粉末至所述第一混合溶液并搅拌第二预定时间的步骤中，搅拌转子转速范围也为1000r/min～1500r/min。具体地，采用上述转速的搅拌转子，可以使得第二混合溶液更加均匀，减少气泡的产生，最终获得的所述石榴石型复合固态电解质具有较优的微观结构、机械性能和离子电导率。
[0016]在一些实施例中，将所述聚合物溶于所述溶剂中搅拌所述第一预定时间的步骤中包括：采用磁力搅拌器将所述聚合物溶于所述溶剂中搅拌所述第一预定时间得到均匀的第一混合溶液。具体地，采用磁力搅拌器可以达到均匀搅拌且操作简易，以及便于观察所述聚合物溶解的情况。
[0017]在一些实施例中，将所述石榴石型固态电解质粉末加入至所述第一混合溶液并搅拌第二预定时间的步骤中包括：采用磁力搅拌器将所述石榴石型固态电解质粉末溶于所述第一混合溶液中搅拌所述第二预定时间得到第二混合溶液。具体地，采用磁力搅拌器，可以达到均匀搅拌且操作简易，以及便于观察所述第二混合溶液的混合情况，使得最终得到的活化后的所述石榴石型复合固态电解质具有较优的微观结构、机械性能和离子电导率。
[0018]在一些实施例中，所述第一预定时间的范围为8小时～12小时。具体地，采用第一预定时间的搅拌可以达到均匀搅拌，使得最终得到活化后的所述石榴石型复合固态电解质具有较优的微观结构、机械性能。
[0019]在一些实施例中，所述第二预定时间的范围为5小时～10小时。具体地，采用第二预定时间的搅拌可以达到均匀搅拌，使得最终得到的活化后的所述石榴石型复合固态电解质具有较优的微观结构、机械性能和电化学性能。
[0020]在一些实施例中，所述石榴石型复合电解质厚度为30μm～100μm。活化后的所述石榴石型复合电解质厚度为30μm～100μm。具体地，所述石榴石型复合电解质厚度为30μm～100μm，可以使得所述活化后的所述石榴石型复合电解质具有较优的锂离子传输性能和电池循环性能。
[0021]在一些实施例中，对所述石榴石型复合固态电解质的表面进行等离子体活化处理的步骤包括：对所述石榴石型复合固态电解质的正反表面均进行等离子体活化处理，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离子体界面修饰石榴石型复合固态电解质的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：石榴石型复合固态电解质的制备：按预设比例称取聚合物与石榴石型固态电解质粉末，先将所述聚合物溶于溶剂中搅拌第一预定时间后得到均匀的第一混合溶液，再加入所述石榴石型固态电解质粉末至所述第一混合溶液并搅拌第二预定时间得到第二混合溶液，然后将所述第二混合溶液浇注到预设模具中，再进行真空干燥以去除所述溶剂并成型为石榴石型复合固态电解质膜，从所述预设模具中取出所述石榴石型复合固态电解质膜并进行辊压，得到厚度均匀的石榴石型复合固态电解质；及等离子体活化处理：对所述石榴石型复合固态电解质的表面进行等离子体活化处理，得到活化的所述石榴石型复合固态电解质。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述预设比例为所述聚合物与所述石榴石型固态电解质粉末的质量比例，所述质量比例的范围为10wt.％～50wt.％。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述聚合物种包括聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)(PVDF-HFP)中的至少一种。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述溶剂包括丙酮、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、乙腈、N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的一种或两种。5.根据权利要求1的方法，其特征在于：将所述聚合物溶于所述溶剂中搅拌所述第一预定时间的步骤中，搅拌转子转速范围为1000r/min～1500r/min；加入所述石榴石型固态电解质粉末至所述第一混合溶液并搅拌第二预定时间的步骤中，搅拌转子转速范围也为1000r/min～1500r/min。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将所述聚合物溶于所述溶剂中搅拌所述第一预定时间的步骤中包括：采用磁力搅拌器将所述聚合物溶于所述溶剂中搅拌所述第一预定时间得到均匀的第一混合溶液；将所述石榴石型固态电解质粉末加入至所述第一混合溶液并搅拌第二预定时间的步骤中包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁风，黄健，侯敏杰，杨泻铖，张达，戴永年，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：