一种凝胶类电解质及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种凝胶类电解质及其制备方法和应用，所述凝胶类电解质包括酯类有机物溶剂、陶瓷氧化物和锂盐的组合；所述陶瓷氧化物的粒径D

【技术实现步骤摘要】
一种凝胶类电解质及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种凝胶类电解质及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]全固态锂离子电池作为新一代的储能电源，因其具备较高的能量密度、优异的电化学稳定性和不易燃等优点而备受关注。上世纪七十年代起，固态电解质材料进入了高速发展时期。聚合物电解质、钙钛矿型氧化物材料、硫化结晶锂超离子导体材料、玻璃陶瓷材料等固态电解质材料均在全固态锂离子电池体系中得到了部分应用。
[0003]其中，无机陶瓷固体电解质具有电化学性能好、离子电导率高、对锂负极接触稳定等优点，有望用于制备高安全性、高能量密度的固态锂电池。但是，陶瓷固体电解质本身硬而脆的特点造成与电极的接触受限，导致电池界面内阻过大。因此，将质轻且柔韧性好的聚合物电解质和无机陶瓷电解质制备复合固体电解质，成为了固态锂电池研究的热点之一。
[0004]当前复合固体电解质主要工作聚焦在提升离子电导率上。常见的复合固体电解质制备方法是将陶瓷电解质粉体分散在聚合物基体中。CN110492170A公开了一种高离子电导率复合固体电解质的制备方法。首先在去离子水中加入陶瓷粉料、分散剂球磨混合得到浆料，通过吸附在陶瓷颗粒表面的分散剂有机链的空间位阻作用，将陶瓷粉体分散，随后加入粘结剂、交联剂继续球磨制备出水基陶瓷浆料；然后在浆料原位固化前，将模板放入浆料充分浸润后取出固化、干燥，再经煅烧除去模板、高温烧结得到多孔陶瓷结构，最后与聚合物复合得到固体电解质。CN108123158A公开了一种固体氧化物燃料电池用低温陶瓷电解质膜及制备方法，采用Ce(NO3)3·
6H2O为主要原料，BaCO3和TiO2为掺杂原料，通过造浆、球磨，然后加入α
‑
MnO2、磷酸铝网印成膜，置于箱式炉中于1130～1170℃保温烧结，形成α
‑
MnO2、BaTiO3掺杂CeO2的电解质膜。该电解质膜由于α
‑
MnO2在200℃的相变引发BaTiO3产生极化，使得电解质在450～500℃具有显著的电导率，降低了电池工作温度，而且BaTiO3的引入为氧离子提供传导通道，能够克服固体氧化物燃料电池工作温度高、启动时间长的缺陷，可有效缓解电解质膜由于电池工作温度降低而导致的离子电导显著下降的问题，有利于实现固体氧化物燃料电池的中低温化和实用化。CN110372367A公开了一种锂电池高韧陶瓷固态电解质材料及制备方法；所述固态电解质材料由以下步骤制得：a、将锂盐、铝源、钛源和正磷酸盐混合；b、与纳米二硫化钼加入去离子水中，超声分散均匀后烘干，得到混合原料；c、加入硅酸钙纤维和烧结辅助剂进行研磨、过筛，得到陶瓷固态电解质前驱体粉末；d、置于干燥控温炉内恒温煅烧，即得锂电池高韧陶瓷固态电解质材料。所述方法具有以下有益效果：本专利技术通过各原料在液态中混合以及纳米二硫化钼的引入，使得该陶瓷固态电解质微观均匀，改善了LATP陶瓷固态电解质原有材质较脆，机械性能较差等缺陷。
[0005]但是，上述三种固态电解质材料机械性能差，在运输存储过程需要特定的温度、环境湿度，以及气体保护等要求，且电化学窗口超过4.5V后易发生分解，大大限制其在电池中的应用。
[0006]因此，开发一种与电池正负极材料具有较好的接触性且不易发生氧化分解的凝胶
类电解质，是目前本领域迫在眉睫需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种凝胶类电解质及其制备方法和应用，所述凝胶类电解质包括酯类有机物溶剂、陶瓷氧化物和锂盐的组合，且所述陶瓷氧化物粒径D
50
为0.02～1μm；粒径D
50
为0.02～1μm的陶瓷氧化物的粒径更加均匀细致，搭配锂盐和酯类有机物溶剂制备得到的凝胶类电解质应用于电池中时，电解质与电池的正负极材料的接触良好，进而电池不易发生爆炸燃烧，安全性更高，且所述凝胶类电解质在电化学窗口高于5V条件下也不发生氧化分解，进一步保证了电池具有良好的电化学性能，具有重要的研究价值。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种凝胶类电解质，所述凝胶类电解质包括酯类有机物溶剂、陶瓷氧化物和锂盐的组合；
[0010]所述陶瓷氧化物的粒径D
50
为0.02～1μm，例如0.05μm、0.07μm、0.09μm、0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm或0.9μm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
[0011]本专利技术提供的凝胶类电解质包括酯类有机物溶剂、陶瓷氧化物和锂盐的组合；粒径D
50
为0.02～1μm的陶瓷氧化物的粒径更加均匀细致，搭配锂盐和酯类有机物溶剂组成的凝胶类电解质，应用于电池使用时，既具有固态电解质电化学性能好的优势，还具有液体电解质与电池正负极材料接触性好的特点，进而使得电池不易发生爆炸燃烧，安全性更高；且所述凝胶类电解质在电化学窗口高于5V的情况下也不发生氧化分解，电化学性能优异，具有重要的研究意义。
[0012]优选地，所述陶瓷氧化物通过等离子球磨制备得到。
[0013]优选地，所述等离子球磨的时间为0.5～6h，例如1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h或5.5h，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
[0014]优选地，所述等离子球磨在惰性气体保护条件下进行。
[0015]优选地，所述惰性气体包括氮气或氩气。
[0016]优选地，所述陶瓷氧化物包括Li7La3Zr2O
12
、Li
6.75
La3Zr
1.75
Ta
0.25
O
12
、Li
1.4
Al
0.4
Ti
1.6
(PO4)3、Li
1.5
Al
0.5
Ge
1.5
(PO4)3或Li
0.5
La
0.5
TiO3中的任意一种或至少两种的组合。
[0017]优选地，所述锂盐包括LiBF4、LiPF6、LiBOB、Li2CO3或LiODFB中的任意一种或至少两种的组合。
[0018]优选地，所述陶瓷氧化物和锂盐的质量比为1:(0.25～4)，例如1:0.5、1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3或1:3.5等。
[0019]作为本专利技术的优选技术方案，本专利技术提供的凝胶类电解质中添加的陶瓷氧化物和锂盐的质量比为1:(0.25～4)时，才能得到综合性能最优异的凝胶类电解质；一方面，如果其中陶瓷氧化物的添加量过高，则会导致最终得到的凝胶类电解质与极片的接触性较差；另本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种凝胶类电解质，其特征在于，所述凝胶类电解质包括酯类有机物溶剂、陶瓷氧化物和锂盐的组合；所述陶瓷氧化物的粒径D
50
为0.02～1μm。2.根据权利要求1所述的凝胶类电解质，其特征在于，所述陶瓷氧化物通过等离子球磨制备得到；优选地，所述等离子球磨的时间为0.5～6h；优选地，所述等离子球磨在惰性气体保护条件下进行；优选地，所述惰性气体包括氮气或氩气。3.根据权利要求1或2所述的凝胶类电解质，其特征在于，所述陶瓷氧化物包括Li7La3Zr2O
12
、Li
6.75
La3Zr
1.75
Ta
0.25
O
12
、Li
1.4
Al
0.4
Ti
1.6
(PO4)3、Li
1.5
Al
0.5
Ge
1.5
(PO4)3或Li
0.5
La
0.5
TiO3中的任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求1～3任一项所述的凝胶类电解质，其特征在于，所述锂盐包括LiBF4、LiPF6、LiBOB、Li2CO3或LiODFB中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述陶瓷氧化物和锂盐的质量比为1:(0.25～4)。5.根据权利要求1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵玉超，曹心言，韩威振，邹志群，胡哲，
申请(专利权)人：惠州亿纬锂能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：