一种环境自适应固态复合电解质及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种环境自适应固态复合电解质及其制备方法和应用，是一种界面化学接枝的有机

【技术实现步骤摘要】
一种环境自适应固态复合电解质及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种环境自适应固态复合电解质及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着消费类电子产品，电动汽车以及电网储能系统的发展，锂离子电池成为不可或缺的储能器件，在能源领域发挥着举足轻重的作用，高能量密度的锂电池受到越来越多的关注。目前，商业化的锂离子电池主要使用的是液态的有机电解液，但是电解液在使用过程中存在氧化分解、高温下易挥发从而发生爆炸等问题，存在很大的安全隐患，严重限制了锂离子电池在在储能设备中的广泛应用。与传统的有机液态电解质相比，固态电解质(SSE)在安全性、热稳定性、电化学稳定性以及机械强度等方面优势突出。而且可以将锂金属负极和高压正极匹配做成更高能量密度的全固态锂电池电池(ASSLBs)。而固态电解质的开发对于ASSLBs来说是其中最关键的步骤之一。此外，固态电解质允许更稳定的离子传输，从而导致均匀的电沉积，而且还为开发如集成和柔性电池等新的电池体系结构提供了可能性。基于这些优点，发展固态电池被认为是下一代革命性的电池技术，已成为当今二次电池研究的前沿和热点。
[0003]尽管SSE具有许多吸引人的特性，尤其是在安全方面，但尚未开发出具有全面功能的单个SSE。已经报道的关于固态电解质分为三大类：无机陶瓷电解质、有机聚合物以及有机和有机无机复合电解质。其中有机无机复合电解质则结合了两者的优缺点，既能提高有机电解质的离子电导率和机械强度，又能很好的改善无机电解质的界面接触问题，是固态电解质未来非常不错的选择，这个方向的研究和优化对于商业化应用更具前景。但是固态电解质在电池组装过程中或电池受到外力冲击的情况下极易发生破损而无法修复恢复到初始状态继而导致电池短路，此外由于锂金属是一种“无宿主”电极，其体积变化致显着的内部应力累积，长时间应变积累导致固态电解质的变形破损同样会导致电池失效甚至引发安全问题。另一方面，复合固态电解质的异质组分具有不同的物化属性，二者之间差的界面相容性问题会对复合固态电解质性能的发挥产生重要的影响。从而导致电解质的离子电导率在低温、高温和潮湿等多场景环境下严重下降，从而使得固态电池具有较差的环境适应性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种环境自适应固态复合电解质及其制备方法和应用，该固态电解质可以在极端高温、低温或外力破坏影响下实现自适应以保证自身结构的稳定性，从而保证在电池中的离子传输不受到影响，使得电池在不同极端环境下具有优异且稳定的循环性能。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种环境自适应固态复合电解质，包括聚合物基体、无机填料和锂盐；
[0007]所述无机填料为硫化物陶瓷电解质或氧化物陶瓷电解质；
[0008]所述聚合物基体的结构式为：
[0009][0010]其中，R1为氨基、羟基或者硅烷氧基中的一种，R2为芳香族二硫键或氢键，所述氢键在脲基或氨基甲酸酯基团中；R3为二异氰酸酯。
[0011]本专利技术的进一步改进在于：
[0012]优选的，所述硫化物陶瓷电解质为Li2S
‑
P2S5、Li7P3S
11
、Li3PS4或Li6PS5Cl中的任意一种；所述氧化物陶瓷电解质为Li7La3Zr2O
12
、Li
6.4
La3Zr
1.4
Ta
0.6
O
12
、Li
0.35
La
0.55
TiO3、Li
1.2
Al
0.2
Ti
1.8
(PO4)3或Li
1.5
Al
0.5
Ge
1.5
(PO4)3中的一种。
[0013]优选的，所述聚合物基体中有醚氧键；所述醚氧键和锂盐中锂离子的摩尔比为(8
‑
30)：1。
[0014]优选的，所述锂盐为高氯酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂盐、四氟硼酸锂、二氟磷酸锂、六氟砷酸锂或六氟磷酸锂。
[0015]优选的，所述聚合物基体和无机填料的质量比为(5
‑
95)：(95
‑
5)，二者的加和为100。
[0016]优选的，所述聚合物基体和无机填料的质量比为(5
‑
40)：(95
‑
60)；所述锂盐为双三氟甲磺酰亚胺锂或双氟磺酰亚胺锂盐。
[0017]优选的，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯中的任意一种。
[0018]一种环境自适应固态复合电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0019]制备聚合物基体；
[0020]将聚合物基体和锂盐搅拌获得电解质溶液，将无机填料加入至电解质溶液中，球磨后获得浆料，将浆料在模具中干燥成膜后，制得固态复合电解质；
[0021]所述无机填料为硫化物陶瓷电解质或氧化物陶瓷电解质；
[0022]所述聚合物基体的结构式为：
[0023][0024]其中，其中，R1为氨基、羟基或者硅烷氧基中的一种，R2为芳香族二硫键或氢键，所述氢键在脲基或氨基甲酸酯基团中；R3为二异氰酸酯。
[0025]优选的，所述聚合物基体的制备方法为：
[0026]将PEG2000加热去除水，加入二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡和溶剂，加热反应制得聚氨酯预聚体；
[0027]在聚氨酯预制体中加入扩链剂，所述扩链剂中包括R2和R1，R1在R2的两端。
[0028]一种上述的环境自适应固态复合电解质的应用，所述固态复合电解质应用于二次电池中。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0030]本专利技术提供了一种环境自适应的复合固态合电解质，是一种界面化学接枝的有
机
‑
无机复合固态电解质，该复合固态电解质中的无机填料为硫化物陶瓷电解质或氧化物陶瓷电解质；聚合物基体中，含有的氨基、羟基或硅烷氧基中的任意一种基团，能够与硫化物陶瓷电解质或氧化物陶瓷电解质反应。使得聚合物基体与陶瓷填料之间的化学键结合，进而使固态复合电解质具有了温度适应性，克服了复合电解质在高温下因为链段运动且没有化学键束缚而导致的陶瓷与聚合物之间界面距离增大而导致的离子传输受阻的问题，进而使得电池在极高或极低的温度环境下均能够适用，提高了二次电池的循环寿命。本专利技术复合固态电解质中选用的聚合物中含有二硫键、氢键等具有自修复功能的官能团，由于此类官能团可以在电池中自主修复，使得复合固态电解质对其自身具有了自修复的功能，因此为复合固态电解质提供了力学的自适应性，在电池循环过程中，正负极的体积变化、锂枝晶的形成以及使用过程中所受外力都可能导致固态电解质的机械损伤，聚合物的自修复可以及时修复损伤以有效地抑制裂纹的进一步生长从而尽可能保持固态电解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环境自适应固态复合电解质，其特征在于，包括聚合物基体、无机填料和锂盐；所述无机填料为硫化物陶瓷电解质或氧化物陶瓷电解质；所述聚合物基体的结构式为：其中，R1为氨基、羟基或者硅烷氧基中的一种，R2为芳香族二硫键或氢键，所述氢键在脲基或氨基甲酸酯基团中；R3为二异氰酸酯。2.根据权利要求1所述的一种环境自适应固态复合电解质，其特征在于，所述硫化物陶瓷电解质为Li2S
‑
P2S5、Li7P3S
11
、Li3PS4或Li 6
PS5Cl中的任意一种；所述氧化物陶瓷电解质为Li7La3Zr2O
12
、Li
6.4
La3Zr
1.4
Ta
0.6
O
12
、Li
0.35
La
0.55
TiO3、Li
1.2
Al
0.2
Ti
1.8
(PO4)3或Li
1.5
Al
0.5
Ge
1.5
(PO4)3中的一种。3.根据权利要求1所述的一种环境自适应固态复合电解质，其特征在于，所述聚合物基体中有醚氧键；所述醚氧键和锂盐中锂离子的摩尔比为(8
‑
30)：1。4.根据权利要求1所述的一种环境自适应固态复合电解质，其特征在于，所述锂盐为高氯酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂盐、四氟硼酸锂、二氟磷酸锂、六氟砷...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋江选，雷文雅，陈海霞，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：