一种氯化锆锂固态电解质高性能固态电池制造技术

本发明专利技术公开了一种氯化锆锂固态电解质高性能固态电池，属于电池技术领域。所述固态电池包括正极片、负极片、氯化锆锂固态电解质，所述氯化锆锂固态电解质的制备为将氯化锂、氯化锆和氧化铝进行研磨，在混合粉末中加入乙醇，然后进行机械球磨合成得到混合前驱体溶液，将无纺布滤纸浸入混合前驱体溶液中，然后烘干；将聚丙烯腈和高氯酸锂分别于真空烘箱中烘干，溶解于乙腈溶液中搅拌；将聚丙烯腈和高氯酸锂的乙腈溶液加入到多孔氯化锆锂中干燥得到氯化锆锂固态电解质。本发明专利技术通过在固态电解质中氧化铝的部分铝离子取代锂离子，有利于锂离子传导迁移；无纺布滤纸为多孔网络结构；聚丙烯腈基体能够进入多孔网络结构中，均有利于离子电导率的提高。电导率的提高。

【技术实现步骤摘要】
一种氯化锆锂固态电解质高性能固态电池


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种氯化锆锂固态电解质高性能固态电池。

技术介绍

[0002]在理离子电池的发展历史中，人们对固态理电池的研究先于液态理电池。随着液态理离子电池日趋成熟并市场化的发展，固态理电池由于电化学性能、工业化制造及使用安全等方面的问题一直没有得到有效解决，因而固态理电池发展相对缓慢。然而，电动汽车有更高的、储电站和电网等大规模储领域的日趋发展和普及，要求电池体系需要具能能量和功率密度、更长的服役时间和更高的安全性，从而推动了近年来固态理电池的快速发展。
[0003]与传统的有机液态理离子电池相比，全固态理电池中不含有任何液体成分，具有不泄露和不易燃的特点。同时，固态电解质的工作温度范围宽、具有高杨氏模量，有望抑制理枝晶的产生，可以避免电池发生短路，使固态理电池在使用过程中的安全性更好。此外，固态理金属电池、固态理硫电池和固态理空气电池等各种类型的电池，为满足更高能量密度电池的需求提供了可能。固态电池中的固态电解质具有高的电化学稳定窗口，能够匹配高电压和高容量的三元正极材料，从而进一步提高电池的能量密度。另外，固态理电池中的固态电解质具有高的热稳定性和化学稳定性，与电池正负极间的副反应较少，可以在较宽的温度范围工作，使电池的循环和使用寿命延长。固态电池由于全部由固体材料组成，其电芯内部就可实现串联或者并联等结构，使电池系统设计更简化，配组更灵活。因此，固态理电池能够同时达到对理离子电池体系更高的安全性和能量密度的要求，被认为是下一代重要的理电池技术。
[0004]中国专利文献
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一种氯化锆锂的制备方法及应用(专利申请号为CN202010972122.2)
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公开了一种氯化锆锂固态电解质，其中氯化锆锂的制备方法，包括：S1，在惰性气氛下将无水级氯化锂、无水级氯化锆进行研磨，得到混合粉末；S2，在惰性气氛下将混合粉末进行机械球磨合成得到化学式为LixZrCl4+x的氯化锆锂，其中0.5≤x≤4。固态电解质为采用如前述方法得到的氯化锆锂。该专利技术具有提高全固态电池的能量密度，稳定性及使用寿命的特点，但是仍然存在离子电导率有待提高的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种氯化锆锂固态电解质高性能固态电池，以解决在中国专利文献
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一种氯化锆锂的制备方法及应用(专利申请号为CN202010972122.2)
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公开的基础上，如何优化组分、用量、工艺等，从而提高氯化锆锂固态电解质高性能固态电池的离子电导率的问题。
[0006]为了解决以上技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种氯化锆锂固态电解质高性能固态电池，包括正极片、负极片、氯化锆锂固态电解质，
[0008]所述氯化锆锂固态电解质的制备步骤为将氯化锂、氯化锆和氧化铝进行研磨，得
到混合粉末，在混合粉末中加入乙醇，然后于氮气下将所述混合粉末和乙醇进行机械球磨合成得到混合前驱体溶液，将无纺布滤纸浸入混合前驱体溶液中，浸泡5
‑
10h，然后在70
‑
80℃条件下烘干；将干燥后的无纺布滤纸在马弗炉中煅烧，得到多孔氯化锆锂；将聚丙烯腈和高氯酸锂分别于真空烘箱中烘干，然后将烘干的聚丙烯腈和高氯酸锂溶解于乙腈溶液中，搅拌得到聚丙烯腈和高氯酸锂的乙腈溶液；将聚丙烯腈和高氯酸锂的乙腈溶液加入到多孔氯化锆锂中，然后于60
‑
80℃下干燥4
‑
6h，然后再于50
‑
60℃下干燥24h，然后在氩气保护的手套箱中干燥10
‑
12h，得到氯化锆锂固态电解质；
[0009]所述正极片为的制备步骤为将磷酸铁锂、钴酸锂、导电碳和聚四氟乙烯混合，并加入N
‑
甲基吡咯烷酮调制正极料，将正极料涂覆在铝箔上，先在50
‑
60℃条件下烘干1
‑
3h；然后在真空箱中于100
‑
120℃条件下烘干10
‑
12h，自然冷却。
[0010]优选地，所述氯化锂、氯化锆和氧化铝的用量比为(1
‑
2)∶(3
‑
4)∶(0.1
‑
0.3)。
[0011]优选地，所述乙醇浓度为1mol/L，用量为20
‑
25ml。
[0012]优选地，所述球磨时以250
‑
300rmp/min的速度下球磨6
‑
8h。
[0013]优选地，所述干燥后的无纺布滤纸在马弗炉中800
‑
900℃煅烧2
‑
3h。
[0014]优选地，所述聚丙烯腈于真空烘箱中50
‑
60℃件下烘干1
‑
2h，高氯酸锂于100
‑
120℃条件下烘干1
‑
2h。
[0015]优选地，所述聚丙烯腈和高氯酸锂的用量比为(14
‑
16)∶(1
‑
1.5)。
[0016]优选地，所述乙腈溶液的浓度为0.5mol/L，用量为15
‑
20ml。
[0017]优选地，所述正极片中各组份的用量为磷酸铁锂8
‑
10份、钴酸锂2
‑
4份、导电碳1
‑
3份、聚四氟乙烯0.2
‑
1份、N
‑
甲基吡咯烷酮2
‑
4份。
[0018]优选地，所述正极料先在55℃条件下烘干2h；然后在真空箱中于110℃条件下烘干11h。
[0019]本专利技术具有以下有益效果：
[0020](1)由实施例4和对比例1
‑
4的数据可见，在固态电解质中添加氧化铝、无纺布滤纸、聚丙烯腈起到了协同作用，协同提高了离子电导率，这是因为：
[0021]氧化铝在制备氯化锆锂前驱体溶液中，部分铝离子取代锂离子，产生锂离子空位，从而有利于锂离子传导迁移，提高离子电导率；
[0022]无纺布滤纸为纤维交织的多孔网络结构，无纺布滤纸为含有铝的氯化锆锂前驱体溶液提供模板，且无纺布滤纸中的纤维素具有大量亲水基团，提高无纺布滤纸中对氯化锆锂前驱体溶液的吸收率，在高温作用下，无纺布滤纸与氯化锆锂前驱体形成多孔网络结构，从而形成更多的锂离子快速迁移通道，提高离子电导率；
[0023]聚丙烯腈基体能够很好的进入无纺布滤纸的多孔网络结构中，与多孔网络结构具有较好粘结性从而赋予固态电解质良好的柔性，改善电解质与电极件的固
‑
固界面接触，提高了界面的浸润性，并且在聚丙烯腈基体与多孔网络结构的界面处形成锂离子快速传导的界面区域，为锂离子的快速传导提供了连续路径，进而有利于提高固态电解质的离子电导率；此外，在高温下多孔网络结构中的含有铝和锂能够打乱聚丙烯腈分子链本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氯化锆锂固态电解质高性能固态电池，其特征在于，包括正极片、负极片、氯化锆锂固态电解质，所述氯化锆锂固态电解质的制备步骤为将氯化锂、氯化锆和氧化铝进行研磨，得到混合粉末，在混合粉末中加入乙醇，然后于氮气下将所述混合粉末和乙醇进行机械球磨合成得到混合前驱体溶液，将无纺布滤纸浸入混合前驱体溶液中，浸泡5
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10h，然后在70
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80℃条件下烘干；将干燥后的无纺布滤纸在马弗炉中煅烧，得到多孔氯化锆锂；将聚丙烯腈和高氯酸锂分别于真空烘箱中烘干，然后将烘干的聚丙烯腈和高氯酸锂溶解于乙腈溶液中，搅拌得到聚丙烯腈和高氯酸锂的乙腈溶液；将聚丙烯腈和高氯酸锂的乙腈溶液加入到多孔氯化锆锂中，然后于60
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80℃下干燥4
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6h，然后再于50
‑
60℃下干燥24h，然后在氩气保护的手套箱中干燥10
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12h，得到氯化锆锂固态电解质；所述正极片为的制备步骤为将磷酸铁锂、钴酸锂、导电碳和聚四氟乙烯混合，并加入N
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甲基吡咯烷酮调制正极料，将正极料涂覆在铝箔上，先在50
‑
60℃条件下烘干1
‑
3h；然后在真空箱中于100
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120℃条件下烘干10
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12h，自然冷却。2.根据权利要求1所述的氯化锆锂固态电解质高性能固态电池，其特征在于，所述氯化锂、氯化锆和氧化铝的用量比为(1
‑
2)∶(3
‑
4)∶(0.1
‑
0.3)。3.根据权利要求2所述的氯化锆锂固态电解质高性能固态电池，其特征在于，所述乙醇浓度为1mol/L，用...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾海波，姚水宝，辛成舟，童志远，周琦，周勇，
申请(专利权)人：爱索思江苏储能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：