一种固态电解质膜及其制备方法、电池技术

本发明专利技术公开了一种固态电解质膜及其制备方法、电池，其中，所述固态电解质包括：聚醚酰胺嵌段共聚物、与所述聚醚酰胺嵌段共聚物耦合的锂盐。通过聚醚酰胺嵌段共聚物中氧乙烯基团与锂离子耦合作用，利用聚氧乙烯链段的热运动传导锂离子，而其中聚酰胺链段具有高机械强度，可有效抑制锂枝晶生长。将所述固态电解质用于锂/锌电池中，可以提升锂/锌电池的能量密度及循环稳定性。度及循环稳定性。度及循环稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种固态电解质膜及其制备方法、电池


[0001]本专利技术涉及锂电池
，尤其涉及一种固态电解质膜及其制备方法、电池。

技术介绍

[0002]锂金属电池提供高能量和功率密度，不使用时电荷损失缓慢，并且不会受到记忆效应的影响。由于许多好处，包括高能量密度，锂离子电池也越来越多地用于国防、航空航天、备份存储和运输应用。
[0003]锂金属电池采用具有高理论容量(3860mAh/g)和低电势(
‑
3.04V vs.SHE)的锂金属作为负极，可显著提升电池的能量密度。目前，锂金属电池主要使用有机电解液，由此存在以下问题：
[0004]1)电解液、隔膜等非活性物质占比高，严重降低了电池能量密度；
[0005]2)循环过程中伴随锂枝晶快速生长，易刺穿隔膜导致电池短路；
[0006]3)电解液极易挥发和燃烧，致使电池存在安全隐患。
[0007]因此，现有技术还有待于进一步的提升。

技术实现思路

[0008]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种固态电解质膜及其制备方法、锂电池，用于解决现有的锂电池能量密度低、循环性能差的问题。
[0009]第一方面，本专利技术提供一种固态电解质膜，其中，包括：聚醚酰胺嵌段共聚物、与所述聚醚酰胺嵌段共聚物耦合的锂盐。
[0010]可选地，所述的固态电解质膜，其中，所述锂盐选自硝酸锂、氟化锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂和醋酸锂中的任一种。
[0011]可选地，所述的固态电解质膜，其中，所述聚醚酰胺嵌段共聚物选自聚酰胺6
‑
聚氧乙烯嵌段共聚物，聚酰胺11
‑
聚氧乙烯嵌段共聚物及聚酰胺12
‑
聚氧乙烯嵌段共聚物中的任一种。
[0012]第二方面，一种如上所述的所述固态电解质膜的制备方法，其中，所述制备方法包括：
[0013]将所述聚醚酰胺嵌段共聚物溶解，得到共聚物溶液；
[0014]将所述锂盐分散在所述共聚物溶液中，得到铸膜液；
[0015]将所述铸膜液转移至模具中，干燥后得到所述固态电解质。
[0016]可选地，所述的固态电解质膜的制备方法，其中，所述聚醚酰胺嵌段共聚物中的氧乙烯链锻与所述锂盐的摩尔质量比为20
‑
8：1。
[0017]可选地，所述的固态电解质膜的制备方法，其中，所述共聚物溶液中的溶剂为乙醇。
[0018]可选地，所述的固态电解质膜的制备方法，其中，所述将所述铸膜液转移至模具中，干燥后得到所述固态电解质的步骤，具体包括：
[0019]将所述铸膜液注入四氟板中，蒸发所述铸膜液中的溶剂，得到聚合物膜；
[0020]烘干所述聚合物膜，得到所述固态电解质。
[0021]可选地，所述的固态电解质膜的制备方法，其中，所述烘干所述聚合物膜，得到所述固态电解质的步骤，具体包括：
[0022]将所述聚合物膜放入烘烤设备中，在100
‑
150℃条件下烘烤25
‑
40小时，得到所述固态电解质。
[0023]可选地，所述的制备方法，其中，所述共聚物溶液中所述聚醚酰胺嵌段共聚物的质量百分比为3
‑
12％。
[0024]第三方面，一种电池，其中，包括如上所述的固态电解质或采用如上所述的制备方法制备得到的固态电解质。
[0025]有益效果：本专利技术实施例提供一种固态电解质，包括：聚醚酰胺嵌段共聚物及分散在所述聚醚酰胺嵌段共聚物中的锂盐。通过聚醚酰胺嵌段共聚物中氧乙烯基团与锂离子耦合作用，利用聚氧乙烯链段的热运动传导锂离子，而其中聚酰胺链段具有高机械强度，可有效抑制锂枝晶生长，将其应用于锂电池中，可以提升锂电池的能量密度及循环稳定性。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例提供的固态电解质膜的制备方法流程图；
[0027]图2为本专利技术实施例1所制备的固态电解质断面电镜图；
[0028]图3为本专利技术实施例2所制备的固态电解质断面电镜图；
[0029]图4为对照电解质与实施例2制备电解质的锂
‑
锂对称循环图；
[0030]图5为对照电解质与实施例2制备电解质的锂
‑
磷酸铁锂循环图；
[0031]图6为聚醚酰胺嵌段共聚物用于锌离子电池的性能图。
具体实施方式
[0032]本专利技术提供一种固态电解质及其制备方法、锂/锌电池，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0033]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。
[0034]本专利技术实施例提供一种固态电解质，所述固态电解质包括：聚醚酰胺嵌段共聚物以及分散在所述聚醚酰胺嵌段共聚物中的锂盐。
[0035]在本实施例中，所述固态电解质指得是用于锂电池的电解质，其是锂离子可充电电池的重要组成部分，在放电过程中，电解质是电极间离子流动的介质，因为负极材料被氧化，产生电子，并且正极材料被还原，消耗电子。电子作为电流流过外部电路。所述的聚醚酰胺嵌段共聚物指的是一种以聚酰胺(PA)为硬链锻，脂肪族聚醚为软链锻的结晶型嵌段共聚物。该种嵌段共聚物中硬链段结晶度较大,熔点较高,硬链段与软链段的相容性非常低,有助于维持硬段微区在高温下的完整性,能够有效地提高热塑性弹性体的上限使用温度。软链段赋予聚合物柔软性和可延伸性,而玻璃态或半结晶性硬链段微区则起到了交联点的作
用,防止聚合物分子链滑移和粘流。通过改变软链段和硬链段的种类和长度以及两种链段所占比例,可以得到一系列具有不同硬度的聚合物,从而满足不同领域的性能需求。需要说明的是，本实施例中所用到的聚醚酰胺嵌段共聚物可以是商业化的聚醚酰胺嵌段共聚物。所述锂盐包括但不限于硝酸锂、氟化锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂和醋酸锂。
[0036]在实施例中，通过聚醚酰胺嵌段共聚物中的氧乙烯基团与锂离子耦合作用，利用聚氧乙烯链段的热运动传导锂离子，而其中聚酰胺链段具有高机械强度，可有效抑制锂枝晶生长，提升循环稳定性。
[0037]在本实施例的一种实现方式中，所述聚醚酰胺嵌段共聚物为聚醚酰胺嵌段共聚物膜，即聚醚酰胺嵌段共聚物为薄膜状，锂盐均匀地分散在所述薄膜中。容易理解的是，在本实施例中所提供的固态电解质为薄膜状。其中，固态电解质的膜厚为小于等于200μm，如50μm至60μm，60μm至80μm，80μm至100μm，100μm至120μm，120μm至140μm，140μm至160μm，160μm至180μm，180μm至200μm。
[0038]基于相同的专利技术构思，如图1所示，本专利技术还提供一种固态电解质膜的制备方法，所述制备方法包括：
[0039]S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态电解质膜，其特征在于，包括：聚醚酰胺嵌段共聚物、与所述聚醚酰胺嵌段共聚物耦合的锂盐。2.根据权利要求1所述的固态电解质膜，其特征在于，所述锂盐选自硝酸锂、氟化锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂和醋酸锂中的任一种。3.根据权利要求1所述的固态电解质膜，其特征在于，所述聚醚酰胺嵌段共聚物选自聚酰胺6
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聚氧乙烯嵌段共聚物，聚酰胺11
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聚氧乙烯嵌段共聚物及聚酰胺12
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聚氧乙烯嵌段共聚物中的任一种。4.一种权利要求1所述固态电解质膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将所述聚醚酰胺嵌段共聚物溶解，得到共聚物溶液；将所述锂盐分散在所述共聚物溶液中，得到铸膜液；将所述铸膜液涂布成膜，干燥后得到所述固态电解质膜。5.根据权利要求4所述的固态电解质膜的制备方法，其特征在于，所述聚醚酰胺嵌段共聚物中的氧乙烯链锻与所述锂盐的摩尔质量比为20
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8：1。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨磊鑫，陈忠伟，王新，罗丹，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：