一种复合固态电解质及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种复合固态电解质及其制备方法和应用，方法包括：将含氟聚合物、锂盐、纳米陶瓷材料、有机碱金属化物、有机溶剂按照质量比例100：1～200：1～100：0.001～10：100～10000，以500

【技术实现步骤摘要】
一种复合固态电解质及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及新能源
，尤其涉及一种复合固态电解质及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]过去150年来，从1850年代的铅酸电池、1890年代的镍镉电池和1960年代的镍金属氢化物电池到今天的锂离子电池，整体电池技术进步主要推动了能量密度的提高。在当前的锂离子电池时代，全球电动汽车市场高速增长，人们对更高能量密度、更安全电池性能和更长电动汽车行驶里程的需求不断增长。
[0003]随着便携式电子产品和电动汽车热失控事故的频繁发生，迫切需要更安全的锂离子电池。全固态锂离子电池在这样的需求背景下诞生。
[0004]复合固态电解质有着优于塑性电解质、橡胶电解质和凝胶聚合物电解质的性质，理论室温离子电导率可以达到10
‑4S/cm以上,而且具有优异的化学和机械性能。
[0005]业内针对复合固态电解质已有一定的研究成果。
[0006]范丽珍课题组通过粉体支撑压片
‑
塑晶浸渍法，制备了聚四氟乙烯PTFE、陶瓷材料Li
6.75
La3Zr
1.75
Ta
0.25
O
12
以及含有双三氟甲基磺酰亚胺锂的丁二腈的复合固态电电解质，其室温离子电导率达到了1.2
×
10
‑4S cm
‑1。(Taoli Jiang,Pingge He,Guoxu Wang,Yang Shen,Ce
‑
Wen Nan,and Li
‑
Zhen Fan，Solvent
‑
Free Synthesis of Thin,Flexible,Nonflammable Garnet
‑
Based Composite Solid Electrolyte for All
‑
Solid
‑
State Lithium Batteries.Adv.Energy Mater.2020,1903376,DOI:10.1002/aenm.201903376)。
[0007]Room课题组机械混合涂制聚偏氟乙烯(PVDF)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LTFSI)和陶瓷材料Li
6.4
La3Zr
1.4
Ta
0.6
O
12
的复合固态电解质室温锂离子电导率最高达到2.4
×
10
‑4S cm
‑1(S.Zhang,Z.Li,Y.Guo,L.Cai,P.Manikandan,K.Zhao,Y.Li,V.G.Pol,Roomtemperature,high
‑
voltage solid
‑
state lithium battery with composite solid polymer electrolyte with in
‑
situ thermal safety study,Chemical Engineering Journal(2020),doi:https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.125996)。
[0008]南策文课题组通过含有孤对电子的氮原子和π电子双键结构的极性溶剂逐渐诱导耦合陶瓷材料Li
6.75
La3Zr
1.75
Ta
0.25
O
12
(LLZTO)、聚偏氟乙烯(PVDF)和锂盐，协同提升复合固态电解质的室温离子电导率至2.4
×
10
‑4S cm
‑1。(Xue Zhang,Ting Liu,Shuofeng Zhang,Xin Huang,Bingqing Xu,Yuanhua Lin,Ben Xu,LiangLiang Li,CeWen Nan,and Yang Shen，Synergistic Coupling Between Li6.75La3Zr1.75Ta0.25O12 and Poly(vinylidene fluoride)Induces High Ionic Conductivity,Mechanical Strength and Thermal Stability of Solid Composite Electrolytes.J.Am.Chem.Soc.(2017)，DOI:10.1021/jacs.7b06364)。
[0009]但是，上述复合固态电解质的方案中都存在锂离子电导率还不够高，依然存在提升空间，以及固态电解质制作流程繁琐周期长的问题。

技术实现思路

[0010]本专利技术实施例提供了一种复合固态电解质及其制备方法和应用，通过选用适当的前驱体材料，采用高能分散处理，达到提高复合固态电解质的锂离子电导率，抑制界面相的生成，并减小低界面阻抗的作用，使其更具有安全锂离子电池产业化上的应用价值。
[0011]第一方面，本专利技术实施例提供了一种复合固态电解质的制备方法，包括：将含氟聚合物、锂盐、纳米陶瓷材料、有机碱金属化物、有机溶剂按照质量比例100：1～200：1～100：0.001～10：100～10000，以500
‑
50000rpm的速率进行高能分散处理，以高能分散处理后的浆料涂布制膜，并在60
‑
100℃下真空干燥12
‑
72小时，以形成所述复合固态电解质。
[0012]优选的，所述有机碱金属化物具体为有机碱金属锂；在所述高能分散处理过程中，所述含氟聚合物的C
‑
F键在有机碱金属锂的催化作用下脱去
‑
F，生成局域富含π电子双键结构的聚合物和纳米氟化锂，通过所述纳米氟化锂原位修饰纳米陶瓷材料的表面层，同时所述富含π电子双键结构的聚合物、锂盐以及纳米氟化锂原位修饰纳米陶瓷材料协同耦合，用以提高复合固态电解质的锂离子电导率，抑制界面相的生成，并减小低界面阻抗。
[0013]优选的，所述含氟氮聚合物包括：聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯、聚偏氟乙烯
‑
六氟异丁烯、聚2
‑
烯丙六氟异丙醇、聚四氟乙烯
‑
全氟(2，2
‑
二甲基)
‑
1，3
‑
二氧杂环戊烯(PTFE
‑
PDD)、全氟(2，2
‑
二甲基)
‑
1，3
‑
二氧杂环戊烯(PDD)、聚全氟甲基异丙基醚中的至少一种。
[0014]优选的，所述锂盐包括：高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂中的至少一种。
[0015]优选的，所述纳米陶瓷材料包括：纳米氧化锌、纳米二氧化硅、纳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合固态电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将含氟聚合物、锂盐、纳米陶瓷材料、有机碱金属化物、有机溶剂按照质量比例100：1～200：1～100：0.001～10：100～10000，以500
‑
50000rpm的速率进行高能分散处理，以高能分散处理后的浆料涂布制膜，并在60
‑
100℃下真空干燥12
‑
72小时，以形成所述复合固态电解质。2.根据权利要求1所述的复合固态电解质的制备方法，其特征在于，所述有机碱金属化物具体为有机碱金属锂；在所述高能分散处理过程中，所述含氟聚合物的C
‑
F键在有机碱金属锂的催化作用下脱去
‑
F，生成局域富含π电子双键结构的聚合物和纳米氟化锂，通过所述纳米氟化锂原位修饰纳米陶瓷材料的表面层，同时所述富含π电子双键结构的聚合物、锂盐以及纳米氟化锂原位修饰纳米陶瓷材料协同耦合，用以提高复合固态电解质的锂离子电导率，抑制界面相的生成，并减小低界面阻抗。3.根据权利要求1所述的复合固态电解质的制备方法，其特征在于，所述含氟氮聚合物包括：聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯、聚偏氟乙烯
‑
六氟异丁烯、聚2
‑
烯丙六氟异丙醇、聚四氟乙烯
‑
全氟(2，2
‑
二甲基)
‑
1，3
‑
二氧杂环戊烯(PTFE
‑
PDD)、全氟(2，2
‑
二甲基)
‑
1，3
‑
二氧杂环戊烯(PDD)、聚全氟甲基异丙基醚中的至少一种。4.根据权利要求1所述的复合固态电解质的制备方法，其特征在于，所述锂盐包括：高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂中的至少一种。5.根据权利要求1所述的复合固态电解质的制备方法，其特征在于，所述纳米陶瓷材料包括：纳米氧化锌、纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米二氧化钛、纳米钛酸钡、纳米Li
x1
La3M12O
12
、Li
1+x2
Al
x2
M22‑
x2
(P...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑克国，葛志浩，何华俊，马德正，
申请(专利权)人：天目湖先进储能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：