一种氯化物全无机复合固态电解质及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氯化物全无机复合固态电解质及其制备方法，将醇与水混合搅拌均匀作为溶剂，随后将InCl3与LiCl混合后加入溶剂中并搅拌分散均匀形成溶液；将玻璃纤维置于溶液中浸润静置，将静置后的玻璃纤维置于通风环境下进行第一阶段的加热烘干处理得到样品；将样品置于真空或惰性环境中，进行第二阶段加热重结晶；最后在真空或惰性环境下，对加热重结晶的样品进行第三阶段的高温烧结处理得到Li3InCl6与玻璃纤维复合的全无机复合固态电解质。本发明专利技术方法制备的复合固态电解质具备室温下高离子电导率、高机械性能、高耐高温工作平台、可特大尺寸原位烧制生成、可利于成熟液态电池卷对卷生产线实现经济效益的特点。态电池卷对卷生产线实现经济效益的特点。态电池卷对卷生产线实现经济效益的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种氯化物全无机复合固态电解质及其制备方法


[0001]本专利技术属于固态电解质制备
，具体涉及一种氯化物全无机复合固态电解质及其制备方法。

技术介绍

[0002]全固态电池采用全固态电解质替代有机液态电解质，能够从根本上解决液态电池易燃烧甚至爆炸等安全问题，因此全固态锂电池被认为是未来电池发展的总体趋势；同时，全固态电池采用质量轻(6.49g/mol)、能量密度高(3860mAh/g)的锂金属做负极，能够极大提高电池的能量密度，以适应当前对高能量密度储能的需求。因此，发展全固态锂电池具有重要意义。更为人称道的是，由于固态电池中不存在电解液，将使电池更易于封装，这也使得固态电池应用于大容量需求的大型设备上时，相对于液态电池具备更强的安全性，其不需要再额外增加冷却设备与温控设备如冷却管、电子控件等，不仅节约了成本，还能有效减轻重量。
[0003]从工艺加工的角度考虑，锂离子液体电池具备完整的流水线加工的工业产业链，而固态电解质一个突出问题是无法应用于大规模生产。通过修改用于生产液态锂离子电池的成熟制造平台用于固态电池生产，包括浆料添加和卷对卷滚压技术，更有助于固态电解质大规模生产，同时该修改更符合经济效益。这也使研发可适用于卷对卷滚压生产技术生成的固态电解质的研究显得更为重要。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种氯化物全无机复合固态电解质及其制备方法，具备室温下超高的离子电导率，到达10
‑
3S/cm
量级，且该电解质可适用于高温工作平台，最重要的是通过这种加工方法可原位生产大量大尺寸复合固态电解质原料，并可直接应用于液态电池成熟生产平台的卷对卷滚压技术。
[0005]本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种氯化物全无机复合固态电解质制备方法，将醇与水混合搅拌均匀作为溶剂，随后将InCl3与LiCl混合后加入溶剂中并搅拌分散均匀形成溶液；将玻璃纤维置于溶液中浸润静置，将静置后的玻璃纤维置于通风环境下进行第一阶段的加热烘干处理得到样品；将样品置于真空或惰性环境中，进行第二阶段加热重结晶；最后在真空或惰性环境下，对加热重结晶的样品进行第三阶段的高温烧结处理得到Li3InCl6与玻璃纤维复合的全无机复合固态电解质。
[0007]具体的，溶剂中醇的质量分数为40％～60％。
[0008]进一步的，醇为乙醇或异丙醇。
[0009]具体的，InCl3与LiCl的物质的量之比为(2.5～3.5):1。
[0010]具体的，InCl3与LiCl在溶剂中的质量百分数为20％～60％。
[0011]具体的，玻璃纤维的厚度为200～700微末，孔径为1～3微米，耐受温度上限大于
250℃。
[0012]具体的，第一阶段加热烘干处理的加热温度为45～60℃，时间为4～5h。
[0013]具体的，第二阶段加热重结晶的加热温度为45～75℃，时间为6～8小时。
[0014]具体的，高温烧结处理的温度为200～240℃，时间为4～5小时。
[0015]本专利技术的另一技术方案是，氯化物全无机复合固态电解质，氯化物全无机复合固态电解质的离子电导率大于1
×
10
‑4S/cm。
[0016]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0017]本专利技术一种氯化物全无机复合固态电解质制备方法，将InCl3与LiCl混合后加入醇水混合溶剂并搅拌分散均匀，随后将玻璃纤维浸润在溶剂中，然后取出玻璃纤维在通风环境中干燥后继续干燥进行重结晶处理，最后进行高温烧结；相较于目前已有的相关制备技术，首先该制备所得复合电解质极大增强了机械性能，与复合前对比，复合前Li3InCl6粉末在压片机15Mpa显示压力下无法压制成片，而Li3InCl6与玻璃纤维复合后的复合电解质在压片机显示5Mpa可压成片且从一米高空出落下，复合电解质本身不出现破损。
[0018]进一步的，目前文献中公布的Li3InCl6电解质固相法烧制法在重结晶阶段溶剂为水，但起骨架作用的玻璃纤维为疏水亲脂类材料，但单纯使用纯醇作溶剂通过无法烧制出电解质，因此需使用纯醇与水的混合溶剂并设置配比。
[0019]进一步的，醇为乙醇或异丙醇，加热易挥发。
[0020]进一步的，原材料InCl3与LiCl的物质的量之比为(2.5～3.5):1，通过重结晶与高温烧制过程可制备出在玻璃纤维中复合制备出较纯净Li3InCl6电解质，而超出该比例所制备电解质经XRD测试显示杂峰严重。
[0021]进一步的，InCl3与LiCl在溶剂中的质量百分数为20％～60％，玻璃纤维浸润过程中的溶液中溶质浓度，将直接影响复合电解质中Li3InCl6的质量含量，经过测试溶质在20wt％是离子电导率为10
‑5量级，而在60wt％时质量分数为10
‑4量级，且Li3InCl6电解质质量超过复合电解质总质量的90％。
[0022]进一步的，复合电解质为Li3InCl6与玻璃纤维复合而成，即玻璃纤维充当骨架材料。因此需要设置合理的玻璃纤维厚度与孔径大小用于复合；过薄的玻璃纤维无法富含足够含量的Li3InCl6，表现出的离子电导率过低，而过厚的玻璃纤维不利于复合电解质加压成致密薄片来装配固态电解质。同时因电解质的烧制过程需要200℃高温，而本复合电解质是在玻璃纤维内部原位烧制生成大片复合电解质，因此对玻璃纤维耐受温度有要求。而玻璃纤维主要材料为SiO2，一般常见的玻璃纤维大多满足要求。
[0023]进一步的，第一阶段的加热烘干干燥过程，在于对复合电解质进行干燥起到一定定型作用，该过程可在空气中进行，因刚从浸润溶液中取出的复合电解质饱含溶液，通过4～5h干燥可将其干燥为半凝胶状有利于定型。
[0024]进一步的，第二阶段的真空干燥目的在于将玻璃纤维内干燥成醇溶剂蒸发且去离子水仅已结晶水形式存在，真空可更利于干燥脱水脱醇过程进行。
[0025]进一步的，第三阶段真空高温烧结，目的在于将玻璃纤维内结合在Li3InCl6上的结晶水完全脱去，真空目的在于防止200℃高温下与空气反应生成InOCl杂质等。
[0026]一种氯化物全无机复合固态电解质，保留室温下超高离子电导率特点，且具备原位生成超大尺寸全无机复合固态电解质且制备手法及其简便。固态电解质替代液态电池是
大势所趋，而无机电解质相较聚合物固态表现出更优异的性能，但其缺点在于制备过程繁琐，且一次只能生成极小尺寸的无机电解质，更重要的缺点在于大多数无机电解质必须使用小尺寸磨具压制。本复合电解质材料及其制备方法更可贵的在于可使用目前液态电池生产线成熟的卷对卷技术进行生产，具备极大的推广价值与经济效益。
[0027]综上所述，本专利技术方法制备的复合固态电解质具备室温下高离子电导率、高机械性能、高耐高温工作平台、可特大尺寸原位烧制生成、可利于成熟液态电池卷对卷生产线实现经济效益的特点。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氯化物全无机复合固态电解质制备方法，其特征在于，将醇与水混合搅拌均匀作为溶剂，随后将InCl3与LiCl混合后加入溶剂中并搅拌分散均匀形成溶液；将玻璃纤维置于溶液中浸润静置，将静置后的玻璃纤维置于通风环境下进行第一阶段的加热烘干处理得到样品；将样品置于真空或惰性环境中，进行第二阶段加热重结晶；最后在真空或惰性环境下，对加热重结晶的样品进行第三阶段的高温烧结处理得到Li3InCl6与玻璃纤维复合的全无机复合固态电解质。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，溶剂中醇的质量分数为40％～60％。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，醇为乙醇或异丙醇。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，InCl3与LiCl的物质的量之比为(2.5～3.5):1。5.根据权利要求1所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩晓刚，卢亚飞，丛智，袁博恒，赵斌，姬芳荻，成智，王琦，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：