一种锂电池的致密型固体电解质及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂电池的致密型固体电解质及制备方法。所述致密型固体电解质由以下步骤制得：a、将有机物单体、发泡剂、引发剂、交联剂、分散剂、溶剂混合后进行聚合反应，经过滤干燥制得含发泡剂的核壳结构微球颗粒；b、将Li2S、P2S5粉末混合，加入无水四氢呋喃中反应，离心干燥得到沉淀物；c、将沉淀物与微球颗粒混合均匀后在模具中压实后固定，进行加热处理，收集产物，经破碎、洗涤、干燥，即得锂电池的致密型固体电解质。所述方法具有以下有益效果：本发明专利技术通过将电解质材料与含发泡剂的核壳结构为微球颗粒复合，并加热保温处理，制得的固体电解质颗粒，晶粒均匀致密，晶界较少，可以有效抑制电池使用过程中锂枝晶的生长，从而提高电池的循环性能和安全性能。电池的循环性能和安全性能。电池的循环性能和安全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池的致密型固体电解质及制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池领域，具体涉及电解质的制备，尤其是涉及一种锂电池的致密型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，同时对于金属锂负极而言，固体电解质可以有效抑制负极表面锂枝晶的形成。但硫化物固体电解质通常使用冷压技术制备，锂金属溶出-沉积会优先在电解质内部的晶界和孔隙中生长，导致电解质破裂和短路。通过提高固体电解质的致密度、尽量消除晶界可以有效提高电解质的循环寿命，成为目前的热点课题。
[0004]专利申请号201510023178.2公开了一种硫化物固体电解质材料的制备方法，包括以下步骤：将硫化物锂离子导体电解质粉体、粘合剂与溶剂混合，得到电解质浆料；将电解质浆料搅拌并分散均匀，得到均匀的电解质浆料；将均匀的电解质浆料均匀地涂布在PET薄膜上，将涂布在PET薄膜上的电解质浆料在设定的烘干温度下烘干，以将溶剂部分蒸发，得到电解质薄膜；从PET膜上取下所述电解质薄膜，并将电解质薄膜按照一定规格裁剪；以及排出裁剪后的电解质薄膜中的粘合剂与残留的溶剂，并得到致密的硫化物锂离子导体电解质片。
[0005]专利申请号201510196872.4公开了一种硫化物固体电解质的制备方法在密闭容器中向金属M1的氢氧化物水溶液中先通入H2S气体或加入可溶于水的硫化物反应一定时间后，再向其中加入包含有金属M2元素的水溶液；通入保护气体继续反应再向加入有机试剂后，置于低温环境中，析出的晶体经干燥后，再经热处理去除结晶水后得到产物。本专利技术采用新颖的湿法工艺制备全固态电解质，相比于传统固相合成的显著优点是反应时间短、可以控制产物形貌。
[0006]专利申请号201710676381.9公开了一种氧掺杂无机硫化物固态电解质及其制备方法。该专利技术的氧掺杂无机硫化物固态电解质，化学式为：Li
9.54
Si
1.74
P
1.44
S
11.2
O
0.5
Cl
0.3
，其电导率为1.1
×
10-3
s/cm以上。该专利技术的氧掺杂无机硫化物固态电解质原料便宜易得、制备工艺简单易行，并具有较高的电导率以及极佳稳定性。
[0007]专利申请号201711200731.0公开了一种被氧化物改性的硫化物固态电解质及其制备方法。该专利技术提供了一种使用锂-氧、磷-氧、锂-磷-氧的一种或几种化合物组成的氧化物对β相的Li3PS4进行改性的硫化物固态电解质Li3PS
4-x
O
x
，其中0<x<4，并提供了一种低温、高效制备这种氧化物改性硫化物固态电解质的有机液态溶剂分散法。由氧化物改性和有机液态溶剂分散形成的纳米结构既稳定了室温高导电的Li3PS4，提高了电解质的室温离子电
导率，并显著改善了电解质的空气稳定性，减少了H2S气体的析出。
[0008]由此可见，现有技术中用于锂电池的固体硫化物电解质，易发生锂枝晶生长引起的循环性能降低、存在安全隐患的问题，而且由于其制备工艺的原因，难以获得较高的致密度，因此，针对电解质致密度的提高和晶界的减少，进而提高电解质的循环性能，是目前亟待解决和至关重要的问题。

技术实现思路

[0009]为有效解决上述技术问题，本专利技术提出了一种锂电池的致密型固体电解质及制备方法，可有效提高固体电解质的致密度，进而提高锂电池的循环性能和安全性能。
[0010]本专利技术的具体技术方案如下：一种锂电池的致密型固体电解质的制备方法，其特征在于：所述固体电解质是由有机物单体、发泡剂、引发剂、交联剂、分散剂、溶剂混合后进行聚合反应制成热塑性聚合物包覆发泡剂的微球颗粒，与反应获得的电解质前驱体混合均匀，压实固定后通过热处理，使聚合物膨胀发泡对电解质挤压，经破碎、洗涤、干燥制得，具体的制备步骤为：a、将有机物单体、发泡剂、引发剂、交联剂、分散剂、溶剂混合后进行聚合反应，经过滤干燥制得热塑性聚合物包覆发泡剂的聚合物微球颗粒；b、将Li2S、P2S5粉末混合，加入无水四氢呋喃溶剂中，搅拌反应8-10h、离心分离30min，除去上层清液获得Li3PS4·
xTHF，干燥后得到沉淀物；c、将步骤a制得的微球颗粒与步骤b得到的沉淀物混合均匀后置于模具中压实，使用带有气孔的盖板固定后，在氩气氛围中进行热处理，之后升温保温，结束后缓慢冷却至室温，经后续破碎、洗涤、干燥，即得锂电池的致密型固体电解质粉末。
[0011]优选的，所述步骤a中，有机物单体为丙烯腈、甲基丙烯腈、甲基丙烯酸甲脂、氯乙烯中的一种。
[0012]优选的，所述步骤a中，引发剂为过氧化甲乙酮、过氧化环己酮中的一种。
[0013]优选的，所述步骤a中，发泡剂为碳酸氢铵、碳酸氢钠中的至少一种。
[0014]优选的，所述步骤a中，交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、过氧化氢二异丙苯中的至少一种。
[0015]优选的，所述步骤a中，分散剂为硬脂酸钡、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镉、硬脂酸镁、硬脂酸铜中的至少一种。
[0016]优选的，所述步骤a中，溶剂为无水乙醇。
[0017]优选的，所述步骤a中，各原料质量份数，有机物单体92~94重量份、引发剂1~2重量份、发泡剂4~7重量份、交联剂10~20重量份、分散剂10~20重量份、溶剂100~150份。
[0018]优选的，步骤b中，微球颗粒23~26重量份、Li2S 10~11重量份、P2S
5 23~26重量份、无水四氢呋喃43~52重量份。
[0019]优选的，所述步骤b中，干燥采用真空干燥，温度为60~80℃，时间为6~12h。
[0020]优选的，所述步骤c中，热处理的温度为90~130℃，时间为1~2h。
[0021]优选的，所述步骤c中，升温保温的温度为180~200℃，时间为60~120min。
[0022]本专利技术上述内容还提出一种锂电池的致密型固体电解质，由以下步骤制得：a、将有机物单体、发泡剂、引发剂、交联剂、分散剂、溶剂混合后进行聚合反应，经过滤干燥制得
热塑性聚合物包覆发泡剂的聚合物微球颗粒；b、将Li2S、P2S5粉末混合，加入无水四氢呋喃中反应，离心干燥得到沉淀物；c、将沉淀物与微球颗粒混合在模具中压实后固定，进行加热处理，收集产物，经破碎、洗涤、干燥，即得。
[0023]本专利技术通过Li2S、P2S5在四氢呋喃中形成Li3PS4·...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池的致密型固体电解质的制备方法，其特征在于：所述固体电解质是由有机物单体、发泡剂、引发剂、交联剂、分散剂、溶剂混合后进行聚合反应制成热塑性聚合物包覆发泡剂的微球颗粒，与反应获得的电解质前驱体混合均匀，压实固定后通过热处理，使聚合物膨胀发泡对电解质挤压，经破碎、洗涤、干燥制得，具体的制备步骤为：a、将有机物单体、发泡剂、引发剂、交联剂、分散剂、溶剂混合后进行聚合反应，经过滤干燥制得热塑性聚合物包覆发泡剂的聚合物微球颗粒；b、将Li2S、P2S5粉末混合，加入无水四氢呋喃溶剂中，搅拌反应8-10h、离心分离30min，除去上层清液获得Li3PS4·
xTHF，干燥后得到沉淀物；c、将步骤a制得的微球颗粒与步骤b得到的沉淀物混合均匀后置于模具中压实，使用带有气孔的盖板固定后，在氩气氛围中进行热处理，之后升温保温，结束后缓慢冷却至室温，经后续破碎、洗涤、干燥，即得锂电池的致密型固体电解质粉末。2.根据权利要求1所述一种锂电池的致密型固体电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，有机物单体为丙烯腈、甲基丙烯腈、甲基丙烯酸甲脂、氯乙烯中的一种。3.根据权利要求1所述一种锂电池的致密型固体电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，引发剂为过氧化甲乙酮、过氧化环己酮中的一种，发泡剂为碳酸氢铵、碳酸氢钠中的至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖健淞，陈庆，司文彬，白涛，
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：