一种固态电解质复合膜的制备方法与用途技术

本发明专利技术公开了一种固态电解质复合膜的制备方法，本发明专利技术采用以LITP为主要原料，在DMF中加入适量的高分子物质聚丙烯腈为粘合剂，充分溶解后加入不同含量的LITP陶瓷粉末；并在80℃下搅拌。搅拌均匀后将悬浊液倒在聚丙烯膜上(pp膜)，在真空烘箱中40℃下干燥24h以去除残留溶剂，切割成直径为19mm的圆片，得到一种复合固态电解质隔膜。电化学实验证明本方法制备的固态电解质复合膜作为锂金属电池电极保护层，能有效抑制了电池充放电过程中锂枝晶的生长，进而提高了锂电池的循环性能，因而使其具有广阔的应用前景。在整个制备过程中，操作简单，原料成本低，设备投资少，适合批量生产。适合批量生产。适合批量生产。

【技术实现步骤摘要】
一种固态电解质复合膜的制备方法与用途


[0001]本专利技术属于材料化学领域，具体涉及到一种固态电解质复合膜的制备方法及其用于锂金属电池电极保护层材料以提高锂电池循环性能的用途。

技术介绍

[0002]金属锂是目前已知的密度最低的金属材料，并且具有较高的理论比容量(3840mAh/g)。此外，与标准氢电极相比，Li
+
/Li组成的氧化还原电对能够提供最低的氧化还原电位(
‑
3.04V)，这一特性让锂离子二次电池在使用过程中具有较高的工作电压(Bruce P G等人，Nature Materials,2012,11(1):19
‑
29；Jung J W等人，Journal of Materials Chemistry A,2016,4(3):703
‑
750；Xu J J等人，Energy&Environmental Science,2014,7(7):2213
‑
2219)。上述优异的性能使得金属锂受到了研究者的广泛关注。然而，金属锂负极在实际应用的过程中依旧面临着许多难点，其主要难点包括以下三个方面：一是金属锂负极与电解液界面上的复杂反应导致界面阻抗的不断增加，从而降低了充放电循环过程中循环效率；二是随着循环圈数的不断增加，金属锂反复的进行嵌入和脱出反应，锂负极会产生严重的体积膨胀效应，造成负极活性物质的脱落，继而降低了电池的循环效率；三是金属锂在电极表面的不均匀沉积会在负极表面形成大量锂枝晶，锂枝晶从电极上脱落进入电解液中会形成“死锂”，导致电极活性物质的损失；若锂枝晶持续生长会穿透电池隔膜与正极接触而导致电池短路，可能造成电池燃烧甚至爆炸(Xu W等人，Energy&Environmental Science,2014,7(2):513
‑
537；Zhamu A等人，Energy&Environmental Science,2012,5(2):5701
‑
5707；Brandt K等人，Solid State Ionics,1994,69(3
‑
4):173
‑
183)。为了解决上述所面临的挑战，固态电解质开始进入人们的视线。固态电解质具有较宽的电化学稳定窗口，可与高电压的电极材料配合使用，提高电池的能量密度，使具有高理论能量密度的金属锂作为负极的可能性大大增加。Liu等人使用PAN
‑
LiClO4作为聚合物电解质基质,使用Li
0.33
La
0.557
TiO3纳米线进行填充合成了复合固态电解质,在室温下锂离子电导率为2.4
×
10
‑
4S/cm,锂离子传导率实现了大幅度的提高,然而其与锂的电化学稳定性和机械性能等未见报道。(Liu W,Liu N,Sun J,Hsu PC,Li Y,Lee HW,Cui Y.Nano Lett,2015,15:2740
–
2745)。
[0003]固态电解质因其本身的结构特性，使得其具有较高的机械强度，在锂电池循环过程中能有效抑制锂枝晶的刺穿，增强循环性能。并且由于其含有丰富的反应位点，使其与锂具有极强的亲和力，能够有效的捕捉锂离子。2014年，IRIYAMA等人向LiCoO2/LLZO界面处引进10nm厚的Nb层，可以抑制相互扩散层的生长，显著降低界面阻抗。并且他们提出引进的Nb层可能会原位的形成一种离子导体材料Li
‑
Nb
‑
O，提升电池的循环和倍率性能(KATO T,HAMANAKA T,YAMAMOTO K,et al.In
‑
situ Li7La3Zr2O
12
/LiCoO
2 interface modification for advanced all
‑
solid
‑
state battery[J].Journal of Power Sources,2014,260:292
‑
298.)。2015年，Jung等人在聚环氧乙烷(PEO)/LiClO4中加入NASICON结构的Li
1.5
Al
0.5
Ge
1.5
(PO4)3,并研究了复合固态电解质的锂离子传导性能。据报道,他们的复合固
态电解质在55℃时锂离子电导率为2.6
×
10
‑4S/cm,还有较好的电化学稳定性(Jung YC,Lee SM,Choi JH,Jang SS,Kim DW.J Electrochem Soc,2015,162:A704
–
A710)。可见固态电解质在锂电池循环性能提高方面的优势。为了实现无锂枝晶生长，本专利技术采用涂覆技术结合固态电解质，制备了一种基于固态电解质用于提高锂电池中的循环性能的复合膜，并且有利于提高锂电池的循环性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术，提供一种固态电解质复合膜的制备方法及其用于锂金属电池电极保护层材料以提高锂电池循环性能的用途。
[0005]本专利技术解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种固态电解质复合膜的制备方法，其特征在于所述制备方法采用以Li
0.6
In
0.4
Ti
0.3
PO4(LITP)为主要原料，在DMF中加入适量的高分子物质聚丙烯腈为粘合剂，充分溶解后加入不同含量的LITP粉末，并在80℃下搅拌。搅拌均匀后将悬浊液倒在聚丙烯膜上(pp膜)，在真空烘箱中40℃下干燥24h以去除残留溶剂，之后切割成直径为19mm的圆片备用。得到一种固态电解质复合膜，具体包括以下步骤：
[0006]1)称取一定量的PAN(聚丙烯腈)溶于一定体积的N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌14～16h，得到灰色的前驱体溶液；
[0007]2)称取一定量的固态电解质Li
0.6
In
0.4
Ti
0.3
PO4溶于前驱体溶液，利用水浴加热装置，在80℃下搅拌12h，使得溶液充分混合均匀，得悬浊液；
[0008]3)将上述所得的悬浊液倒在聚丙烯膜上(pp膜)，并且用涂布器使得液体在膜上涂抹均匀，得到白色的复合薄膜；
[0009]4)将上述所得的白色的复合薄膜置于真空烘箱内，40℃烘干24h，得到一种固态电解质复合膜，切割成直径为19mm的圆片，备用；
[0010]将所制备的固态电解质复合膜作为锂金属电池电极保护层材料，在电流密度为1.0mA cm
‑2情况下，电池循环350h，电极表面锂沉积均匀，表明锂枝晶生长得到抑制。
[0011]所述Li
0.6
In
0.4
Ti
0.3...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态电解质复合膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：1)称取一定量的PAN(聚丙烯腈)溶于一定体积的N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌14～16h，得到灰色的前驱体溶液；2)称取一定量的固态电解质Li
0.6
In
0.4
Ti
0.3
PO4溶于前驱体溶液，利用水浴加热装置，在80℃下搅拌12h，使得溶液充分混合均匀，得悬浊液；3)将上述所得的悬浊液倒在聚丙烯膜上，并且用涂布器使得液体在膜上涂抹均匀，得到白色的复合薄膜；4)将上述所得的白色的复合薄膜置于真空烘箱内，40...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹正鑫，李星，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：