一种锂电池的气凝胶毡负载层状固体电解质及制备方法技术

本发明专利技术属于固态电池领域，具体涉及一种锂电池的气凝胶毡负载层状固体电解质及制备方法，按以下步骤进行：a、将Li2S和P2S5按摩尔比4:1混合，加入有机溶剂进行球磨，得到球磨浆料；b、将球磨浆料通过雾化喷嘴雾化后，使用载气载入反应腔体内部，使用二氧化硅气凝胶毡作为基片进行等离子热处理；反应1~3h后，使用载气载入GeS2粉末；c、将基片取出置于氢氧化钠溶液中浸泡，洗涤烘干，然后置于聚氧化乙烯的乙醇分散体中，浸泡、烘干，获得所需的固体电解质材料。本发明专利技术使固体电解质具有更高的锂离子传导能力。能力。能力。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池的气凝胶毡负载层状固体电解质及制备方法


[0001]本专利技术属于固态电池领域，涉及一种锂电池的气凝胶毡负载层状固体电解质及制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池能量密度高，稳定性强，无记忆效应，循环寿命长，作为一种商业化的高效储能器件得到了广泛应用。传统锂离子电池中所使用的电解质为液态的六氟磷酸锂，由于其自身极不稳定，容易分解导致电池胀气，同时在高温、短路、过充或物理碰撞时极易燃烧和爆炸。尽管通过外部封装加入保护机制，其仍然具有较大的安全隐患。
[0003]固态锂离子电池使用固态电解质替代液态电解质，可以从根本上解决液态锂离子电池的安全问题和使用温区问题。在硫化物固体电解质中，Li
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GeP2S
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（LGPS）具有较高的离子电导率和可加工性能，其电导率接近有机液态电解质，是目前锂电池特别是锂硫电池中较为常用的固体电解质之一。但使用锂作为负极时，LGPS对锂不稳定，会被锂还原为Li2S和Li3P等组分，在接触界面形成界面层，提高界面阻抗和降低电池的库伦效率，同时会导致电池容量严重衰退。因此抑制固态电解质与锂负极的相互作用以提高电池性能具有十分重要的实际意义。
[0004]申请号为201710030907.6的中国专利公开了一种添加高浓度锂盐的固态聚合物电解质及其制备方法。本专利技术公开了一种添加高浓度锂盐的固态聚合物电解质。该固态聚合物电解质的组分包括锂盐和固态聚碳酸酯，其中，所述锂盐分散在所述固态聚碳酸酯的基体内，所述固态聚合物电解质中锂盐的含量为40～90wt%。本专利技术的固态聚合物电解质制备简单，室温电导率高，电化学和界面稳定性好。
[0005]申请号为201710030907.6的中国专利公开了一种具有双重导离子网络的固态电解质及其制备方法。本专利技术涉及一种具有双重导离子网络的固态电解质及其制备方法，其解决了现有聚磷腈固态电解质力学性能差、电导率低的技术问题，其由多孔薄膜和聚磷腈电解质材料构成，多孔薄膜由聚合物、无机固体电解质和锂盐组成，多孔薄膜为所述聚磷腈电解质的骨架；聚磷腈电解质为锂离子的载体。本专利技术同时提供了其制备方法。本专利技术可广泛用于电解质的制备领域。
[0006]申请号为201480023377.7的中国专利公开了用于使用LiAMPBSC的电池的固态阴极电解质或电解质(M=Si、Ge和/或Sn)。本专利技术提供一种包括阴极区域或其它元件的能量存储装置。装置具有主活性区域，主活性区域包括空间上布置在阴极区域内的多个第一活性区域。主活性区域在充电和放电期间从第一体积膨胀或收缩至第二体积。装置具有阴极电解质材料，阴极电解质材料在空间上限制在阴极区域的空间区域内并且在空间上布置在未被第一活性区域占据的空间区域内。在实施例中，阴极电解质材料包括以多晶态配置的含锂、锗、磷和硫(“LGPS”)的材料。装置具有配置在含LGPS材料内的氧物质，氧物质与硫物质的比例为1:2和更小以形成LGPSO材料。装置具有形成为上覆在阴极材料的暴露区域上的保护材料以将硫物质基本上保持在阴极电解质材料中。还包括含LiaMPbSc(LMPS)[M＝Si、Ge
和/或Sn]材料的新掺杂结构。
[0007]申请号为201711314128.5的中国专利公开了一种复合固态电解质及其制备方法以及在全固态锂电池中的应用。本专利技术公开了一种复合固态电解质，其特征在于：其组成包括：聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯或其衍生物、锂盐以及无机纳米颗粒，其中聚氧化乙烯在电解质中的质量百分比含量为20-80％；聚偏氟乙烯或其衍生物在电解质中的质量百分比含量为5-30％；锂盐在电解质中的质量百分比含量为10-40％；无机纳米颗粒在电解质中的质量百分比含量为5-60％。优点是：具有较高的室温离子电导率，较宽电化学窗口和较高的机械性能；提供的复合固态电解质制备方法，可有效规避LATP，LLTO，LGPS等与负极的接触，避免了Ti4+以及Ge4+的氧化还原反应；复合固态电解质具有较高的机械性能和优良的电化学稳定性，组装的电池具有稳定循环性能以及较高的容量发挥。
[0008]目前聚氧化乙烯电解质存在电导率低，耐久性差的缺陷，但其柔性与电极界面性能好；而硫化物固态电解质加工性能差、与电极界面性较差、易于水等劣化。

技术实现思路

[0009]针对现有固体硫化物电解质容易遇水劣化、与负极反应引起电池性能下降的问题，本专利技术提出一种锂电池的气凝胶毡负载层状固体电解质及其制备方法。
[0010]一种锂电池的气凝胶毡负载层状固体电解质的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：a、将Li2S和P2S5按摩尔比4:1混合，加入有机溶剂进行球磨，得到球磨浆料；b、将球磨浆料通过雾化喷嘴雾化后，使用载气载入反应腔体内部，使用二氧化硅气凝胶毡作为基片，在550-600℃下进行等离子热处理；反应1~3h后，使用载气载入GeS2粉末，控制球磨浆料载入量为二氧化硅气凝胶毡质量的50-75%，GeS2粉末载入量为二氧化硅气凝胶毡质量的5-8%，之后停止通入球磨浆料和GeS2粉末；；c、继续反应4~6h，自然冷却至室温，将基片取出置于氢氧化钠溶液中浸泡，浸泡时间为3~5min，将浸泡后的基片经洗涤烘干，然后置于聚氧化乙烯的乙醇分散体中，浸泡5-25min，在40-50℃烘干，获得所需的固体电解质材料。
[0011]优选的，步骤a中，有机溶剂为四氢呋喃；球磨浆料的质量浓度为5-10%。
[0012]优选的，步骤b中，二氧化硅气凝胶毡为平面面积400~600cm2，厚度0.5-1.0mm的多孔毡。
[0013]优选的，步骤b中，等离子体气源为氢气，球磨浆料和GeS2粉末的载气为氩气。
[0014]优选的，步骤b中，所述球磨浆料载气流量为0.5~0.8L/min，载气载入时间为3~6h；优选的，步骤b中，所述GeS2粉末载气流量0.02~0.05L/min，载气载入时间为2~3h。
[0015]优选的，步骤c中，所述洗涤先采用无水乙醇洗涤1～3次；所述干燥采用60℃真空干燥，干燥时间为12～24h。
[0016]优选的，步骤c中，所述氢氧化钠的质量浓度为12%。
[0017]优选的，步骤c中，所述聚氧化乙烯的乙醇分散体为聚氧化乙烯与乙醇以质量比1:3分散而成。
[0018]由上述方法制备得到的一种锂电池的气凝胶毡负载层状固体电解质，将Li2S和P2S5在等离子体热处理作用下反应成LPS膜沉积在二氧化硅气凝胶毡孔隙中，通入二硫化锗
的载气，在沉积完成后对二氧化硅气凝胶毡利用氢氧化钠溶液快速浸泡，使部分二氧化硅气凝胶原位反应，固定硫化物电解质；同时通过气凝胶毡吸附固定聚氧化乙烯，赋予电解质良好的柔性和界面性能。
[0019]本专利技术与现有技术相比，本专利技术具有以下的优点：1、通过对固态电解质进行结构调控使其形成LPS向LGPS逐渐变化的复合层状膜结构，抑制Ge
4+
与负极材料的氧化还原反应。
[0020]2、通过聚氧乙烯填充LGPS/LPS本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池的气凝胶毡负载层状固体电解质的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：a、将Li2S和P2S5按摩尔比4:1混合，加入有机溶剂进行球磨，得到球磨浆料；b、将球磨浆料通过雾化喷嘴雾化后，使用载气载入反应腔体内部，使用二氧化硅气凝胶毡作为基片，在550-600℃下进行等离子热处理；反应1~3h后，使用载气载入GeS2粉末，控制球磨浆料载入量为二氧化硅气凝胶毡质量的50-75%，GeS2粉末载入量为二氧化硅气凝胶毡质量的5-8%，之后停止通入球磨浆料和GeS2粉末；c、继续反应4~6h，自然冷却至室温，将基片取出置于氢氧化钠溶液中浸泡，浸泡时间为3-5min，将浸泡后的基片经洗涤烘干，然后置于聚氧化乙烯的乙醇分散体中，浸泡5-25min，在40-50℃烘干，获得所需的固体电解质材料。2.根据权利要求1所述的一种锂电池的气凝胶毡负载层状固体电解质的制备方法，其特征在于，步骤a中，有机溶剂为四氢呋喃；球磨浆料的质量浓度为5~10%。3.根据权利要求1所述的一种锂电池的气凝胶毡负载层状固体电解质的制备方法，其特征在于，步骤b中，二氧化硅气凝胶毡为平面面积400~600cm2，厚度0.5~1.0mm的多孔毡。4.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖健淞，陈庆，司文彬，李钧，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：