一种有机-无机复合电解质及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种有机

【技术实现步骤摘要】
一种有机
‑
无机复合电解质及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种有机
‑
无机复合电解质及其制备方法，具体涉及一种有机
‑
无机复合电解质及其制备方法。

技术介绍

[0002]在目前的电池领域研究中，锂离子电池具有体积小、质量轻、能量密度高、电化学窗口宽、环境友好等优越性能，而且应用广泛。但目前传统的液态锂离子电池内部的电解液易燃易爆，因此安全性问题受到了广泛关注。在这种背景之下，人们将目光投向全固态电解质的研究，目前比较常见的固态电解质包括：无机固态电解质、聚合物基固态电解质以及有机
‑
无机复合电解质。
[0003]但现有技术研究中，仍然存在很多问题，例如，常见的无机固态电解质包括钙钛矿结构，但室温下离子电导率低；NASCION结构，制备复杂，致密度低；石榴石型结构：界面阻抗高，倍率充放电性能差。常见的聚合物电解质为PEO基固态电解质，但是室温条件下PEO易结晶，室温离子电导率仅为10
‑7S/cm量级，且聚合物固态电解质电化学窗口较窄，电池电化学稳定性差。目前人们已经研制出很多种复合电解质，但制备过程中采用的药品毒性很强不易于操作，且不同种类有机物选取最终电解质离子电导率也并不十分理想。
[0004]在这种背景之下，需要合适选取材料制备出一种具有良好化学及电化学性能的有机
‑
无机复合电解质。

技术实现思路

[0005]为了解决上述
技术介绍
中提出的问题，本专利技术提供了一种有机
>‑
无机复合电解质及其制备方法。本专利技术通过将石榴石型固体电解质与有机物以及锂盐融合制备出具有很好性能的有机
‑
无机复合电解质。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种有机
‑
无机复合电解质，所述有机
‑
无机复合电解质由锂镧锆氧石榴石型固态电解质粉末、锂盐LiTFSI和有机物复合而成，其中：锂镧锆氧石榴石型固态电解质粉末、锂盐LiTFSI和有机物的质量比为3～14：3～14：2～6，锂镧锆氧石榴石型固态电解质粉末的化学通式为Li
6.55+x
Ga
0.15
La3Zr
1.85
In
x
O
12
，0≤x≤0.3。
[0008]优选的，所述锂镧锆氧石榴石型固态电解质粉末的化学通式为Li
6.7
Ga
0.15
La3Zr
1.85
In
0.15
O
12
。
[0009]优选的，所述有机物为聚氟乙烯、聚氧化乙烯、聚丙烯晴、聚甲基丙烯酸甲酯或聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物。
[0010]优选的，所述锂镧锆氧石榴石型固态电解质粉末、锂盐LiTFSI和有机物的质量比为4:7:3、3:3:2、14:7:3、7:14:6、7:7:3、3:6:4或6:3:2。
[0011]本专利技术还提出一种所述有机
‑
无机复合电解质的制备方法，包括如下步骤：
[0012]步骤一、Li
6.55+x
Ga
0.15
La3Zr
1.85
In
x
O
12
电解质前驱体粉末制备：
[0013]A、将La2O3进行预烧，烧结曲线：4～6℃/min从室温升温至900～1000℃，保温9～11h；
[0014]B、准备Li2CO3、La2O3、ZrO2、Ga2O3、In2O3粉末，按化学计量比计算得出的药品量进行称量，将称量好的药品放入球磨罐中，采用氧化锆球，加入异丙醇进行第一次球磨；
[0015]C、将球磨后的样品放入干燥箱烘干；
[0016]D、将烘干后的样品粉末进行研磨，倒入坩埚中，压实粉磨进行预烧结，烧结曲线：2～4℃/min从室温升温至880～920℃，保温5～7h；
[0017]E、将预烧结后的样品粉末研磨粉碎，将研磨后的样品放入球磨罐中，采用氧化锆球，加入异丙醇进行第二次球磨；
[0018]F、将第二次球磨后的样品放入干燥箱烘干；
[0019]G、将烘干后的样品粉末进行研磨，倒入坩埚中，压实粉磨进行预烧结，烧结曲线：2～4℃/min从室温升温至980～1000℃，保温8～12h；获得Li
6.55+x
Ga
0.15
La3Zr
1.85
In
x
O
12
电解质前驱体粉末；
[0020]步骤二、浆料制备：
[0021]将步骤一制备的Li
6.55+x
Ga
0.15
La3Zr
1.85
In
x
O
12
电解质前驱体粉末与锂盐LiTFSI、有机物加入到分散溶液中，固含量控制在25～30％，机械搅拌至样品粉末在溶液中均匀分散得到浆料，搅拌完成后静置浆料至气泡完全排出；
[0022]步骤三、涂覆：
[0023]将步骤二制备好的浆料采用旋涂仪均匀旋涂在基底上，干燥后获得有机
‑
无机复合电解质薄膜。
[0024]优选的，所述步骤一B中，按化学计量比计算，Li2CO3的添加量为过量10wt.％。
[0025]优选的，所述步骤一B和E中，第一次球磨和第二次球磨的球磨速度为180～220rpm，球磨时间为12～14h。
[0026]优选的，所述步骤二中，分散溶液为二甲基乙酰胺溶液、N
‑
甲基吡咯烷酮溶液、N,N
‑
二甲基甲酰胺溶液、磷酸三乙酯溶液或二甲基亚砜溶液。
[0027]优选的，所述步骤三中，基底为炭铜箔基底、Si基底或氧化镁基底。
[0028]优选的，所述步骤三中，旋涂工艺参数为：第一阶段的转速为1200rpm，运行时间为30s；第二阶段的转速为1300rpm，运行时间为30s；第三阶段的转速为1400rpm，运行时间为30s。
[0029]本专利技术涉及一种有机
‑
无机复合电解质制备方法，这种有机
‑
无机复合电解质由锂镧锆氧石榴石型电解质(Li
6.7
Ga
0.15
La3Zr
1.85
In
0.15
O
12
，以下简称LGLZIO)，有机物以及锂盐(LiTFSI)复合而成。本专利技术首先采用高温固相法制备出LGLZIO前驱体粉末，将前驱体粉末、有机物与LiTFSI分散到有机溶液中搅拌均匀形成浆料，采用旋涂法将浆料涂在基片上烘干得到有机
‑
无机复合电解质薄膜。
[0030]锂镧锆氧石榴石型固体电解质具有良好的热稳定性、宽的电化学窗口和高的安全性，其化学通式为Li7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机
‑
无机复合电解质，其特征在于所述有机
‑
无机复合电解质由锂镧锆氧石榴石型固态电解质粉末、锂盐LiTFSI和有机物复合而成，其中：锂镧锆氧石榴石型固态电解质粉末、锂盐LiTFSI和有机物的质量比为3～14：3～14：2～6，锂镧锆氧石榴石型固态电解质粉末的化学通式为Li
6.55+x
Ga
0.15
La3Zr
1.85
In
x
O
12
，0≤x≤0.3。2.根据权利要求1所述的有机
‑
无机复合电解质，其特征在于所述锂镧锆氧石榴石型固态电解质粉末的化学通式为Li
6.7
Ga
0.15
La3Zr
1.85
In
0.15
O
12
。3.根据权利要求1所述的有机
‑
无机复合电解质，其特征在于所述有机物为聚氟乙烯、聚氧化乙烯、聚丙烯晴、聚甲基丙烯酸甲酯或聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物。4.根据权利要求1所述的有机
‑
无机复合电解质，其特征在于所述锂镧锆氧石榴石型固态电解质粉末、锂盐LiTFSI和有机物的质量比为4:7:3、3:3:2、14:7:3、7:14:6、7:7:3、3:6:4或6:3:2。5.一种权利要求1
‑
4任一项所述有机
‑
无机复合电解质的制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：步骤一、Li
6.55+x
Ga
0.15
La3Zr
1.85
In
x
O
12
电解质前驱体粉末制备：A、将La2O3进行预烧，烧结曲线：4～6℃/min从室温升温至900～1000℃，保温9～11h；B、准备Li2CO3、La2O3、ZrO2、Ga2O3、In2O3粉末，按化学计量比计算得出的药品量进行称量，将称量好的药品放入球磨罐中，采用氧化锆球，加入异丙醇进行第一次球磨；C、将球磨后的样品放入干燥箱烘干；D、将烘干后的样品粉末进行研磨，倒入坩埚中，压实粉磨进行预烧结，烧结曲线：2～4℃/min从室温升温至880～92...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈大明，陈宇童，陈永，韦雅庆，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：