本发明专利技术公开了一种聚合物基固态电解质、锂离子电池及其制备方法，所述聚合物基固态电解质包括以下原料组分：聚合物基质、锂盐、无机陶瓷填料、引发剂、溶剂，其中，所述聚合物基质、所述锂盐、所述无机陶瓷填料的质量比为30～40：20～30：5～20，本发明专利技术的制备方法中，游离的溶剂在引发剂作用下可原位固化到聚合物基底上，缓解了其在界面处的分解，增强了界面稳定性，所得柔性基质可缓解正极材料充放电过程中的界面开裂。界面开裂。界面开裂。
【技术实现步骤摘要】
一种聚合物基固态电解质、锂离子电池及其制备方法
[0001]本专利技术涉及固态锂离子电池用聚合物电解质的
技术介绍
[0002]锂离子电池因其具有比能量高、自放电小、环境友好、循环寿命长、电压高等优点，广泛应用于便携式电子设备以及电动汽车等领域。但是电池中锂金属负极易产生锂枝晶刺穿隔膜，使液体电解质泄漏，诱发着火，甚至使电池产生过热爆炸，导致电池热稳定性和循环性能较差，安全事故频繁发生。采用固态电解质代替原有的电解液和隔膜有望解决以上安全隐患，其还能进一步提高能量密度，拓宽温度适用范围，延长电池循环寿命，简化加工制备过程。
[0003]固态电解质作为离子导体，可实现正负极活性物质之间的锂离子传递，是电池的核心部件。固态电解质可分为无机固态电解质和有机聚合物电解质，其中，无机固态电解质在室温下离子电导率高，电化学窗口宽，但制备工艺复杂，与电极界面相容性差，界面阻抗大；聚合物电解质具有良好的成膜性，易于加工，界面阻抗小，但在室温下离子电导率低，无法满足实际需求。
[0004]聚合物电解质中还存在溶剂残余问题，较多的残余溶剂会使电池循环过程中出现诸如溶剂分子分解、溶剂与电极发生副反应等现象，导致电池界面阻抗增大、循环寿命和库伦效率低、安全性变差等一系列问题。
技术实现思路
[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种聚合物基固态电解质及其制备方法，以及应用该电解质的锂离子电池，所述制备方法可通过添加无机填料增强锂离子传输效率，并对溶剂挥发过程采用温度梯度处理，形成原位构筑的聚合物界面保护层，其过程中产生的原位聚合残余溶剂可提高电极/电解质界面相容性，平衡聚合物电解质中的“残余溶剂效应”，提高电解质的机械性能，改善电极/电解质的界面稳定性。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种聚合物基固态电解质的制备方法，其包括：
[0008](1)将聚合物基质与锂盐在溶剂中混合，得到第一混合溶液；
[0009](2)向所述第一混合溶液中加入无机陶瓷填料，得到第二混合溶液；
[0010](3)向所述第二混合溶液中加入引发剂，在室温下混合，得到前驱体溶液；
[0011](4)将所述前驱体溶液在真空条件下室温反应36～48h，得到预聚膜；
[0012](5)将所述预聚膜在真空条件下40～55℃反应48～72h，其后冷却至室温，得到所述聚合物基固态电解质；
[0013]其中，所述聚合物基质、所述锂盐与所述无机陶瓷填料的质量比为30～40：20～30：5～20；所述聚合物基质与所述溶剂的质量比为(0.1～0.4):(10～15)。
[0014]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述引发剂与所述溶剂的质量比为：(0.05～
0.07)：(10～15)。
[0015]在以上技术方案中，步骤(4)可使大部分溶剂挥发，使少量溶剂残留，在残留的溶剂中，更少量的溶剂在室温下发生微量的低分子量聚合(即微量的预聚)，其后由步骤(5)进一步提供恰当的聚合条件，使残余下来的少量溶剂彻底聚合。其过程类似于原位固化，所得到的原位聚合物可附着到由聚合物基质等形成的原电解质基底上，形成界面保护层，避免残余溶剂游离到界面处发生分解/副反应，使电解质和正负极的界面相容性更好。
[0016]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述聚合物基质选自聚偏氟乙烯、聚环氧乙烯、聚碳酸乙烯酯、聚醚酰亚胺、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈中的一种或多种。
[0017]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述锂盐选自高氯酸锂、六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酸亚胺锂盐、硼酸锂、硝酸锂、二氟草酸硼酸锂中的一种或多种。
[0018]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述无机陶瓷填料选自NASCION型氧化物电解质、Garnet型氧化物电解质、Perovskite型氧化物电解质和LiSCON型氧化物电解质中的一种或多种。
[0019]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述溶剂选自碳酸亚乙烯酯、聚乙二醇二缩水甘油醚、二氧戊环、四氢呋喃、聚乙烯醇缩甲醛、氰基聚乙烯醇、N，N
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二甲基甲酰胺中的一种或多种。
[0020]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化二苯甲酰胺、四氟硼酸锂、三氟化硼乙醚、四氟硼酸镁、过氧化十二酰、三氯化铝中的一种或多种。
[0021]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述聚合物基质选自聚偏氟乙烯，所述锂盐选自双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐，所述无机陶瓷填料选自磷酸钛锂铝陶瓷、所述引发剂选自四氟硼酸锂。
[0022]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述聚偏氟乙烯与所述双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐的质量比为3：1.5～2.5。
[0023]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述磷酸钛锂铝陶瓷的质量为所述聚偏氟乙烯和所述双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐的总质量的8～20％。
[0024]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐与所述四氟硼酸锂的物质的量为4：0.5～1.5。
[0025]本专利技术进一步公开了含有上述聚合物基固态电解质的固态锂离子电池。
[0026]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述固态锂离子电池包括：所述聚合物基固态电解质、磷酸铁锂正极和锂金属负极。
[0027]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述固态锂离子电池的制备方法包括：
[0028](1)将所述聚合物基质与所述锂盐在所述溶剂中混合，得到第一混合溶液；
[0029](2)向所述第一混合溶液中加入所述无机陶瓷填料，得到第二混合溶液；
[0030](3)向所述第二混合溶液中加入所述引发剂，在室温下混合，得到前驱体溶液；
[0031](4)将所述前驱体溶液在铺展状态下，于真空条件下室温反应36～48h，得到预聚膜；
[0032](5)将所述预聚膜在真空条件下40～55℃反应48～72h，其后冷却至室温，得到聚合物基固态电解质膜；
[0033](6)将冷却至室温的所述聚合物基固态电解质膜进行切片，得到片状的聚合物电解质膜，并依次按照负极壳、正极片、片状聚合物电解质膜、锂片、和正极壳的顺序在惰性氛围下进行组装，得到固态锂离子电池。
[0034]以上技术方案中，所述铺展状态是指的将溶液进行铺开处理形成的状态，如将其倒入培养皿内，或倒入成膜模具内等，其目的均在于使其能形成膜状。
[0035]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述固态锂离子电池的制备方法包括：
[0036](1)将所述聚合物基质与所述锂盐在所述溶剂中混合，得到第一混合溶液；
[0037](2)向所述第一混合溶液中加入所述无机陶瓷填料，得到第二混合溶液；
[0038](3)向所述第二混合溶液中加入所述引发剂，在室温下混合，得到前驱体溶液；
[0039](4)将所述前驱体溶液在铺展状态下，于真空条件下室温反应36～48h，得到预聚膜；本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种聚合物基固态电解质的制备方法，其特征在于，其包括：(1)将聚合物基质与锂盐在溶剂中混合，得到第一混合溶液；(2)向所述第一混合溶液中加入无机陶瓷填料，得到第二混合溶液；(3)向所述第二混合溶液中加入引发剂，在室温下混合，得到前驱体溶液；(4)将所述前驱体溶液在真空条件下室温反应36～48h，得到预聚膜；(5)将所述预聚膜在真空条件下40～55℃反应48～72h，其后冷却至室温，得到所述聚合物基固态电解质；其中，所述聚合物基质、所述锂盐与所述无机陶瓷填料的质量比为30～40：20～30：5～20；所述聚合物基质与所述溶剂的质量比为(0.1～0.4):(10～15)。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，其中，所述聚合物基质选自聚偏氟乙烯、聚环氧乙烯、聚碳酸乙烯酯、聚醚酰亚胺、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈中的一种或多种；和/或，所述锂盐选自高氯酸锂、六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酸亚胺锂盐、硼酸锂、硝酸锂、二氟草酸硼酸锂中的一种或多种；和/或，所述无机陶瓷填料选自NASCION型氧化物电解质、Garnet型氧化物电解质、Perovskite型氧化物电解质和LiSCON型氧化物电解质中的一种或多种；和/或，所述溶剂选自碳酸亚乙烯酯、聚乙二醇二缩水甘油醚、二氧戊环、四氢呋喃、聚乙烯醇缩甲醛、氰基聚乙烯醇、N，N
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二甲基甲酰胺(DMF)中的一种或多种；和/或，所述所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化二苯甲酰胺、四氟硼酸锂、三氟化硼乙醚、四氟硼酸镁、过氧化十二酰、三氯化铝中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述无机陶瓷填料选自磷酸钛锂铝陶瓷。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物基质选自聚偏氟乙烯，所述锂盐选自双三氟甲烷磺酰亚胺锂，所述无机陶瓷填料选自磷酸钛锂铝陶瓷、所述引发剂选自四氟硼酸锂。5.根据根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，其中，所述聚偏氟乙...
【专利技术属性】
技术研发人员：王家钧，李梦璐，娄帅锋，安汉文，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学重庆研究院，
类型：发明
国别省市：
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