一种复合固态电解质及其制备方法与应用技术

本申请公开了一种复合固态电解质及其制备方法与应用。所述复合固态电解质，其原料包括粘结剂、预聚增塑剂、纳米陶瓷颗粒、锂盐和固化剂；其中，以粘结剂与预聚增塑剂的总质量计，预聚增塑剂的质量百分含量为25％～50％；以粘结剂与纳米陶瓷颗粒的总质量计，纳米陶瓷颗粒的质量含量为30％～70％；以粘结剂与锂盐的总质量计，锂盐的质量含量为60～80％；以预聚增塑剂与固化剂的总质量计，固化剂的质量含量为1％～5％。通过引入具有导锂离子性质的预聚增塑剂，不仅使电解质表面更光滑，接触性更好，更为锂离子在电解质中的传输增加一条路径，有助于提高离子电导率。于提高离子电导率。于提高离子电导率。

【技术实现步骤摘要】
一种复合固态电解质及其制备方法与应用


[0001]本申请涉及固态锂金属电池
，具体涉及一种复合固态电解质及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着人们对能源的需求日益增加以及不可再生能源的枯竭，使人们的目光转向了可再生的清洁能源，由于可再生能源的储存问题，一大批储能系统应运而生。在众多储能系统中，锂金属电池因其具有较高的能量密度(3860mAh g-1
)、较低的还原电位(-3.04V)、较长的循环寿命及便携的特点而备受关注。就传统液态锂金属电池而言，仍然存在巨大的挑战，例如循环效率较低，在充放电过程中，无法避免锂枝晶或者非锂枝晶无活性物质的生成，电池内部发生热失控造成短路或燃烧爆炸等安全问题。
[0003]开发一种与电极具有良好兼容性与理化稳定性的固态电解质来替代传统液态电解液已成为目前的研究热点，固态电解质在锂金属电池中的应用有望实现高能量密度，高安全性，高循环稳定性于一体的新型储能系统。
[0004]现有的固态电解质主要包括聚合物电解质与无机电解质，其中聚合物电解质具有柔韧性好，易于制备的优点，但其由于室温离子电导率低的缺点在商业化应用上受限；而无机电解质具有室温离子电导率较高的优势，但其与电极的界面电阻大，制备工艺较复杂而成为大规模生产的瓶颈。通过将这两种电解质复合能够集成两者的优势，有望被投入生产。
[0005]然而，复合固态电解质中无机颗粒的添加量与电解质的杨氏模量大小成正相关，当电解质的杨氏模量为锂枝晶的两倍及以上时对抑制锂枝晶的生长大有帮助，也就意味着复合固态电解质中的无机颗粒添加量需要足够多才能得到一个高杨氏模量的电解质，但同时无机颗粒添加量增多会降低界面的接触性，增大界面阻抗，此外，对于一些对锂金属不稳定的无机颗粒来说，添加量增加，副反应程度也随之增加，从而导致电池的循环稳定性受到严重损害，阻碍复合电解质的商业化进程。

技术实现思路

[0006]针对现有复合电解质在锂金属电池中界面物理/化学兼容性问题，本申请提供了一种复合固态电解质，通过引入具有导锂离子性质的预聚增塑剂，不仅使电解质表面更光滑，接触性更好，更为锂离子在电解质中的传输增加一条路径，有助于提高离子电导率。
[0007]根据本申请的第一方面，提供了一种复合固态电解质，其原料包括粘结剂、预聚增塑剂、纳米陶瓷颗粒、锂盐和固化剂；
[0008]其中，以粘结剂与预聚增塑剂的总质量计，预聚增塑剂的质量百分含量为25％～50％；可选地，预聚增塑剂的质量百分含量下限选自25％、30％、33％、35％、40％，上限可选自30％、33％、35％、40％、50％。
[0009]以粘结剂与纳米陶瓷颗粒的总质量计，纳米陶瓷颗粒的质量含量为30％～70％，优选50～70％，更优选60～65％；可选地，纳米陶瓷颗粒的质量含量下限可选自30％、35％、
40％、45％、50％、55％、60％、65％，上限可选自35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％；
[0010]以粘结剂与锂盐的总质量计，锂盐的质量含量为60～80％；可选地，锂盐的质量含量下限选自60、65％、70％、75％，上限可选自65％、70％、75％、80％；
[0011]以预聚增塑剂与固化剂的总质量计，固化剂的质量含量为1％～5％。
[0012]具体地，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、醋酸纤维素、乙基纤维素、聚丙烯腈中的至少一种，优选聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物；优选地，所述粘结剂分子量为100000-500000。
[0013]具体地，所述预聚增塑剂为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯，所述预聚增塑剂的分子量优选400～1000。
[0014]具体地，所述纳米陶瓷颗粒为磷酸钛铝锂、磷酸锗铝锂、氧化铝、二氧化锆、二氧化钛、二氧化硅中的至少一种。
[0015]优选地，所述磷酸钛铝锂的化学式为Li
1+x
Al
x
Ti
2-x
(PO4)3，其中，x＝0.3～0.5；
[0016]更优选地，所述磷酸钛铝锂选自Li
1.4
Al
0.4
Ti
1.6
(PO4)3、Li
1.3
Al
0.4
Ti
1.7
(PO4)3中的至少一种，所述磷酸锗铝锂为Li
1.5
Al
0.5
Ge
1.5
(PO4)3。
[0017]具体地，所述纳米陶瓷颗粒的粒径为50～500nm。
[0018]具体地，所述锂盐选自高氯酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、双氟草酸硼酸锂中的至少一种，优选双三氟甲磺酰亚胺锂。
[0019]具体地，所述固化剂为光引发剂，所述光引发剂选自2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、2-羟基-2甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦中的至少一种。
[0020]具体地，所述的复合固态电解质为片状结构，厚度为20～100μm。
[0021]本申请提供的复合固态电解质，通过在原料中引入具有导锂离子性质的预聚增塑剂，不仅使电解质表面更光滑，接触性更好，更为锂离子在电解质中的传输增加一条路径，有助于提高离子电导率。
[0022]本申请的第二方面，提供了一种复合固态电解质的制备方法，包括：
[0023]根据上述任一项所述的复合固态电解质称取原料；
[0024]将称取的原料与有机溶剂混合得到浆料；
[0025]对所述浆料进行成型、固化、干燥，得到复合固态电解质。
[0026]具体地，所述将称取的原料与有机溶剂混合得到浆料，具体包括：
[0027]将称取的粘结剂在加热、搅拌条件下溶于有机溶剂中，冷却至室温得到混合液；
[0028]将称取预聚增塑剂、纳米陶瓷颗粒、锂盐、固化剂加入到所述混合液中，搅拌混合得到浆料。
[0029]具体地，所述加热包括：加热温度为50～80℃。
[0030]具体地，所述有机溶剂选自N,N
’-
二甲基甲酰胺、N,N
’-
二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、丙酮中的至少一种。
[0031]具体地，所述有机溶剂的质量为所述粘结剂质量的5～20倍。
[0032]具体地，所述成型包括流延成型、涂覆成型、浇铸成型中的至少一种。
[0033]具体地，所述固化包括：
[0034]在紫外灯下进行；
[0035]固化时间为5～15min。
[0036]固化温度优选室温，即10～40℃。
[0037]具体地，所述干燥的包括：
[0038]先进行鼓风干燥，鼓风干燥温度为60～80℃，鼓风干燥时间为12～24h；
[0039]再进行真空干燥，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，其特征在于，其原料包括粘结剂、预聚增塑剂、纳米陶瓷颗粒、锂盐和固化剂；其中，以粘结剂与预聚增塑剂的总质量计，预聚增塑剂的质量百分含量为25％～50％；以粘结剂与纳米陶瓷颗粒的总质量计，纳米陶瓷颗粒的质量含量为30％～70％；以粘结剂与锂盐的总质量计，锂盐的质量含量为60～80％；以预聚增塑剂与固化剂的总质量计，固化剂的质量含量为1％～5％。2.根据权利要求1所述的复合固态电解质，其特征在于，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、醋酸纤维素、乙基纤维素、聚丙烯腈中的至少一种；优选地，所述预聚增塑剂为聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯中的至少一种；更优选地，所述预聚增塑剂的分子量为400～1000；优选地，所述纳米陶瓷颗粒为磷酸钛铝锂、磷酸锗铝锂、氧化铝、二氧化锆、二氧化钛、二氧化硅中的至少一种；更优选地，所述纳米陶瓷颗粒的粒径为50nm～500nm；优选地，所述锂盐选自高氯酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、双氟草酸硼酸锂中的至少一种；优选地，所述固化剂为光引发剂，所述光引发剂选自2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、2-羟基-2甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦中的至少一种。3.根据权利要求1所述的复合固态电解质，其特征在于，为片状结构，厚度为20～100μm。4.一种复合固态电解质的制备方法，其特征在于，包括：根...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴雄伟，陈慧，熊利斌，王恩多，付娜，
申请(专利权)人：江西省钒电新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：