固态复合电解质膜制备工艺及固态复合电解质膜制造技术

一种固态复合电解质膜制备工艺及固态复合电解质膜。固态复合电解质膜制备工艺包括用多孔柔性膜作为复合电解质膜的支撑基体，分别依次将低粘度电解质溶液、高粘度电解质溶液分步浸涂附着在多孔柔性膜的至少一侧表面上和多孔柔性膜的孔隙结构内，烘干得到固态复合电解质膜；其中，高粘度电解质溶液的粘度高于低粘度电解质溶液的粘度，固态复合电解质膜的厚度在5μm

【技术实现步骤摘要】
固态复合电解质膜制备工艺及固态复合电解质膜


[0001]本专利技术涉及锂离子
，尤其是一种固态复合电解质膜制备工艺及固态复合电解质膜。

技术介绍

[0002]商业化的锂离子电池目前主要使用的是有机液体电解质。但是由于有机溶剂具有易燃、易泄露、易挥发等特点，电池过充和短路等潜在风险使得液态有机电解质锂离子电池在使用中存在一定的安全隐患。而全固态锂电池有望解决液态锂电池中存在的电解液泄露、燃烧和锂枝晶刺穿隔膜导致的短路等安全问题。
[0003]固态电解质分为固态无机电解质和固态聚合物电解质。固态无机电解质具有较高的离子电导率，但其较差的加工性和柔韧性限制了其商业化应用。固态聚合物电解质由于具有良好的柔韧性、界面相容性和适用大面积加工等优点有望实现商业化应用。但是现有的固态聚合物电解质膜常采用溶液浇注成膜法制备，该方法制备得到的电解质薄膜的力学性能较低，厚度不易做薄，即使得到很薄的电解质薄膜，其性能远远不符合要求。而且，该方法耗时长，生产效率低，厚度不易控制，不适合大规模量产，而且在组装电池时，正负电极和电解质膜的接触界面常出现接触不良或接触不稳定的现象，不能满足全固态电池规模化放大生产的需求。现有的主要使用聚氧化乙烯(PEO)的固态聚合物电解质的PEO电解质熔点低，电池温度超过电解质熔点后，正负极容易短路。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种可以厚度可控且可以做薄，且有着较高的力学性能，易于实现批量化生产的复合电解质膜制备工艺及复合电解质膜。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供的一种固态复合电解质膜制备工艺，包括用多孔柔性膜作为复合电解质膜的支撑基体，分别依次将低粘度电解质溶液、高粘度电解质溶液分步浸涂附着在多孔柔性膜的至少一侧表面上和多孔柔性膜的孔隙结构内，烘干得到固态复合电解质膜；其中，高粘度电解质溶液的粘度高于低粘度电解质溶液的粘度，固态复合电解质膜的厚度在5μm-120μm。
[0006]可选的，通过将聚合物基质、锂盐和无机固态电解质溶解分散在溶剂中，搅拌至聚合物和锂盐完全溶解，通过调节聚合物基质质量比例后分别得到低粘度电解质溶液、高粘度电解质溶液，其中，聚合物基质所占比例为0.5％wt-40％wt，锂盐占聚合物基质比例为5％wt-50％wt，氧化物电解质占聚合物基质比例为0wt-60％wt，低粘度电解质溶液的所需的聚合物基质质量低于高粘度电解质溶液的所需的聚合物基质质量。
[0007]可选的，聚合物基质为聚氧化乙烯、聚碳酸丙烯酯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、及聚硅氧烷中的一种或任意多种的组合；锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂中的任意一种或多种的组合；无机固态电解质为锂超离子导体、钠超离子导体、钙钛矿类、石榴石类、LiPON中的任意一种或多种的组合；
溶剂为乙腈、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、丙酮、乙酸乙酯中的任意一种或几种的组合。
[0008]可选的，低粘度电解质溶液和高粘度电解质溶液中的聚合物基质的种类一样。
[0009]可选的，低粘度电解质溶液和高粘度电解质溶液中的聚合物基质的种类不一样。
[0010]可选的，多孔柔性膜为PE、PP、PET、PI、PVDF、PAN、纤维素膜中的任意一种，多孔柔性膜的孔隙率40-90％，孔径0.1微米-15微米，厚度5微米-100微米。
[0011]可选的，烘干温度为40℃-120℃。
[0012]可选的，分步浸涂步骤包括：
[0013]将多孔柔性膜浸入将低粘度电解质溶液中1min-60min，使低粘度电解质溶液均匀渗入多孔柔性膜的孔隙结构内；
[0014]将上述得到的附着低粘度电解质溶液的多孔柔性膜接着浸入高粘度电解质溶液中1min-60min，使高粘度电解质溶液渗入多孔柔性膜的孔隙结构内并附着在多孔柔性膜的表面。
[0015]可选的，将附着了高粘度电解质溶液的多孔柔性膜接着再浸入高粘度电解质溶液中1min-60min，使高粘度电解质溶液渗入多孔柔性膜孔中和附着在多孔柔性膜表面。
[0016]本专利技术还提供一种固态复合电解质膜，包括以多孔柔性膜为支撑基体，多孔柔性膜的一侧或双侧均依次分别涂覆有低粘度电解质溶液层、高粘度电解质溶液层，多孔柔性膜的孔隙结构内也填充有低粘度电解质溶液，固态复合电解质膜的厚度在5μm-120μm。
[0017]综上，本专利技术的制备方法采用高低粘度电解质溶液分步浸入，是因为低粘度电解质溶液粘度低，浆料流动性好，更有利于渗入多孔膜孔隙内部，缩短浸涂时间，提升涂布效率。而高粘度电解质溶液粘度的粘附效率高，提高涂覆效率。
[0018]并且，通过用多孔柔性膜做支撑基体，提高了复合电解质膜力学性能，降低了电池组装短路风险，多孔膜具有足够的拉伸强度满足锂电池批量生产要求，较大的孔隙率和合适的孔径提供足够的锂离子迁移通路，同时防止电池短路。整个制备方法简单，生产效率高，易于实现卷对卷批量化生产，可实现规模化放大，便于电池叠片或卷绕组装，防止正负极片和电解质膜接触界面出现接触不良或不稳定现象。
附图说明
[0019]图1是本专利技术中的实施例提供的复合电解质膜示意图；
[0020]图2是本专利技术中的实施例提供的PEO基电解质和PE多孔膜复合得到的复合电解质膜的表面形貌图；
[0021]图3是本专利技术中的实施例提供的PEO基电解质和PET多孔膜复合得到的复合电解质膜的表面形貌图；
[0022]图4是本专利技术中的实施例提供的PEO基/PE多孔膜复合电解质膜和纯PEO基固态电解质膜电化学阻抗图，曲线1是纯PEO基电解质膜阻抗曲线，曲线2是PE O基/PE多孔膜复合电解质膜阻抗曲线；
[0023]图5是PEO基/PE多孔膜复合电解质膜和纯PEO基固态电解质膜拉伸性能图，曲线1是纯PEO基电解质膜拉伸曲线，曲线2是PEO基/PE多孔膜复合电解质膜拉伸曲线；
[0024]图6是浸涂法制备固态复合电解质膜的工装装置的示意图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0026]本专利技术的各实施例中将高粘度电解质溶液的粘度和低粘度电解质溶液的粘度的分界值界定为4000mpa
·
s，于其他实施例中，高粘度电解质溶液的粘度和低粘度电解质溶液的粘度的分界值还可以是3000mpa
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s、5000mpa
·
s、4500m pa
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s、3500mpa
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s、7000mpa
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s、8000mpa
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s等等任意数值。或者还可以采用不用的分解值来定义：高粘度电解质溶液的粘度高于第一临界值，低粘度电解质溶液的粘度低于第二临界值，比如说，高粘度电解质溶液的粘度高于10000mpa
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s，低粘度电解质溶液的粘度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态复合电解质膜制备工艺，其特征在于，包括：用多孔柔性膜作为复合电解质膜的支撑基体，分别依次将低粘度电解质溶液、高粘度电解质溶液分步浸涂附着在所述多孔柔性膜的至少一侧表面上和多孔柔性膜的孔隙结构内，烘干得到所述固态复合电解质膜；其中，所述高粘度电解质溶液的粘度高于所述低粘度电解质溶液的粘度，所述固态复合电解质膜的厚度在5μm-120μm。2.如权利要求1所述的固态复合电解质膜制备工艺，其特征在于，通过将聚合物基质、锂盐和无机固态电解质溶解分散在溶剂中，搅拌至聚合物和锂盐完全溶解，通过调节聚合物基质质量比例后分别得到所述低粘度电解质溶液、所述高粘度电解质溶液，其中，聚合物基质所占比例为0.5％wt-40％wt，锂盐占聚合物基质比例为5％wt-50％wt，氧化物电解质占聚合物基质比例为0wt-60％wt，所述低粘度电解质溶液的所需的聚合物基质质量低于所述高粘度电解质溶液的所需的聚合物基质质量。3.如权利要求2所述的固态复合电解质膜制备工艺，其特征在于，所述聚合物基质为聚氧化乙烯、聚碳酸丙烯酯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、及聚硅氧烷中的一种或任意多种的组合；所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂中的任意一种或多种的组合；所述无机固态电解质为锂超离子导体、钠超离子导体、钙钛矿类、石榴石类、LiPON中的任意一种或多种的组合；所述溶剂为乙腈、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、丙酮、乙酸乙酯中的任意一种或几种的组合。4.如权利要求2所述的固态复合电解质膜制备工艺，其特征在于，所述低粘度电解质...

【专利技术属性】
技术研发人员：张焱，陈建，刘桃松，陈冬，党志敏，屠芳芳，李敏，胡雨萌，
申请(专利权)人：杭州南都动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：