一种基于纳米硫化物固体电解质的薄膜、制备方法和应用技术

技术编号:35840683 阅读:13 留言:0更新日期:2022-12-03 14:13
本发明专利技术公开了一种基于纳米硫化物固体电解质的薄膜、制备方法和应用,属于固体电解质技术领域,制备方法包括:(1)将0.1~20重量份粘结剂和50~100重量份纳米尺寸的硫化物固体电解质加入到惰性溶剂中,密闭条件下混合均匀得到浆料;(2)将步骤(1)的浆料涂覆在基底上,干燥后经过压制得到所述的基于纳米硫化物固体电解质的薄膜。本发明专利技术以纳米硫化物固体电解质、惰性溶剂以及粘结剂为原料,在保证纳米硫化物固体电解质的化学稳定性的同时利用原料之间的尺寸效应以及特定的制备方法,实现了致密度高、孔隙率低、阻抗低、离子电导率高的超薄硫化物电解质薄膜的制备。硫化物电解质薄膜的制备。硫化物电解质薄膜的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种基于纳米硫化物固体电解质的薄膜、制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及固体电解质
,具体涉及一种基于纳米硫化物固体电解质的薄膜、制备方法和应用。

技术介绍

[0002]与传统锂离子电池相比,全固态锂电池具有高安全性和高能量密度的优势。固体电解质为全固态锂电池中的重要组成成分,在已报道的固体电解质中,硫化物固体电解质具有较高的离子电导率,并且可以在室温下通过冷压致密化从而产生良好的界面,是一种具有良好应用前景的固态电解质。然而,目前的全固态锂电池中的硫化物固体电解质通常被压制成1mm厚的片,较厚较重的电解质层使得全固态锂电池的能量密度达不到预期,因此,降低电解质层的厚度是提高全固态锂电池能量密度的重要方向。
[0003]为了获得薄而密的硫化物固体电解质膜,研究人员采用冷压、热压、表面包覆、引入支撑体等方式。但这些方式制备得到的薄膜大多在几十甚至几百微米的厚度范围,并且由于硫化物固体电解质颗粒本身的粒径较大,进一步降低薄膜厚度较为困难。
[0004]公开号为CN110661032A的中国专利文献公开了一种固态电解质薄膜的制备方法,该专利技术将均一分散的固态电解质溶液加入均一分散的柔性聚合物溶液中,混合均匀后加入锂盐分散均匀得到固态电解质凝胶,固化干燥即得所述固态电解质薄膜,其中固体电解质优选为石榴石型固态电解质,该专利技术结合了高电导率和聚合物的柔性,实现了正负极与固态电解质的良好接触;公开号为CN112909331A的中国专利文献公开了一种超薄硫化物电解质复合柔性薄膜的制备方法,该方法将硫化物电解质、溶剂和成膜剂混合后,再加入分散剂,得到电解质浆料;进一步将电解质浆料均匀流延分散后干燥、成型,得到超薄硫化物电解质复合柔性薄膜。但上述专利技术中制得的薄膜较厚,影响电池的能量密度。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于纳米硫化物固体电解质的薄膜的制备方法,该方法以纳米硫化物固体电解质、惰性溶剂以及粘结剂为原料,通过湿法涂布制备得到超薄、阻抗低、离子电导率高的硫化物电解质薄膜,该硫化物电解质薄膜进一步可用于制备高能量密度的全固态电池。
[0006]具体采用的技术方案如下:一种基于纳米硫化物固体电解质的薄膜的制备方法,包括以下步骤:(1)将0.1~20重量份粘结剂和50~100重量份纳米尺寸的硫化物固体电解质加入到惰性溶剂中,密闭条件下混合均匀得到浆料;(2)将步骤(1)的浆料涂覆在基底上,干燥后经过压制得到所述的基于纳米硫化物固体电解质的薄膜。
[0007]现有技术中浇铸等湿法制膜方法难以获得较薄的薄膜,本专利技术以纳米硫化物固体电解质、惰性溶剂以及粘结剂为原料,在保证纳米硫化物固体电解质的化学稳定性的同时
利用原料之间的尺寸效应以及特定的制备方法,实现了致密度高、孔隙率低、阻抗低、离子电导率高的超薄硫化物电解质薄膜的制备。
[0008]优选的,所述的粘结剂为0.5~5重量份,所述的纳米尺寸的硫化物固体电解质为95~99.5重量份。在上述优选的范围下制备得到的硫化物电解质薄膜电化学性能更好。
[0009]所述的粘结剂为聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚异丁烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚丙烯酸、树胶、瓜尔胶、羧甲基纤维素、顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、聚乙烯醇、聚丙烯腈、丙烯酸丁酯、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或多种单体的共聚物。
[0010]优选的,纳米尺寸的硫化物固体电解质的粒径为10~500 nm。
[0011]所述的纳米尺寸的硫化物固体电解质为具有式(I)、式(II)或式(Ⅲ)通式硫化物固体电解质中的一种或几种混合;(100

x

y) Li2S
·
xP2S5·
yM
m
N
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(I)式(I)中,0≤x<100,0≤y<100,0<x+y<100,0≤m<4,0≤n<6,M为Ge、Si、Sn或Sb,N为Se、O、Cl、Br或I;Li
10
±
l
Ge1‑
g
G
g
P2‑
q
Q
q
S
12

w
W
w
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(II)式(II)中,0≤l<1,0≤g≤1,0≤q≤2,0≤w<1,G为Si或Sn,Q为Sb、As或Ti,W为O、Se、F、Cl、Br或I;Li6±
l
P1‑
e
E
e
S5‑
r
±
t
R
r
X1±
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(Ⅲ)式(Ⅲ)中,0≤l<1,0≤e<1,0≤r<2,0≤t<1,E为Ge、Si、Sn或Sb,R为O、Se、F、Cl、Br或I,X为F、Cl、Br或I。
[0012]所述的惰性溶剂为甲苯、氯苯、二甲苯、碳酸二甲酯、N

甲基甲酰胺、正己烷、甘醇二甲醚、二丁醚、乙醇、1,2

乙二胺、二氯乙烷、二溴甲烷、苯甲醚、磷酸三乙酯、二甲基亚砜、二氯甲烷、1,2

乙二硫醇、乙腈、四氢呋喃、异戊醚、丁酸丁酯、异丙醚、正庚烷、己烯、乙酸乙酯、乙酸苄酯的一种或几种的混合。所述的惰性溶剂与硫化物电解质反应性较弱,一般为低极性溶剂,更小尺寸的纳米硫化物固体电解质颗粒在惰性溶剂中分散更均匀,制备得到的电解质薄膜厚度更低。
[0013]优选的,所述的混合方法选自机械搅拌、机械震荡、超声分散、球磨、辊磨、玛瑙研钵研磨中的一种或几种,混合时长为0.1~12小时。
[0014]步骤(2)中,所述的基底包括但不限于铜箔、铝箔、玻璃板、钢板、PET、PE基板、或在上述材料表面镀层的延伸产品。
[0015]优选的,利用涂布机将步骤(1)的浆料涂覆在基底上。
[0016]步骤(2)中,所述的干燥方法为真空干燥或鼓风干燥,干燥温度为10 ~200
°
C,干燥时长为0.1~48小时。
[0017]步骤(2)中,利用等静压机或压机等进行压制,压力为50~600Mpa,压制温度为20~100
°
C。
[0018]本专利技术还提供了所述的基于纳米硫化物固体电解质的薄膜的制备方法制得的硫化物固体电解质薄膜,所述的硫化物固体电解质薄膜的固含量为80

99.9%。
[0019]优选的,所述的硫化物固体电解质薄膜的厚度为1~40微米,阻抗值为0.1~10 Ω mm
‑1;离子电导率为 0.1~5 mS cm
‑1。
[0020]本专利技术还提供了所述的硫化物固体电解质薄膜在全固态电池中的应用,具体提供了一种全固态锂电池,包含:正极、负极以及所述的基于纳米硫化物固体电解质的薄膜。
[0021]与现有技术相比,本专利技术的有益效果在于:(1)本本文档来自技高网
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于纳米硫化物固体电解质的薄膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)将0.1~20重量份粘结剂和50~100重量份纳米尺寸的硫化物固体电解质加入到惰性溶剂中,密闭条件下混合均匀得到浆料;(2)将步骤(1)的浆料涂覆在基底上,干燥后经过压制得到所述的基于纳米硫化物固体电解质的薄膜。2.根据权利要求1所述的基于纳米硫化物固体电解质的薄膜的制备方法,其特征在于,所述的粘结剂为0.5~5重量份,所述的纳米尺寸的硫化物固体电解质为95~99.5重量份。3.根据权利要求1所述的基于纳米硫化物固体电解质的薄膜的制备方法,其特征在于,所述的粘结剂为聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚异丁烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚丙烯酸、树胶、瓜尔胶、羧甲基纤维素、顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、聚乙烯醇、聚丙烯腈、丙烯酸丁酯、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或多种单体的共聚物。4.根据权利要求1所述的基于纳米硫化物固体电解质的薄膜的制备方法,其特征在于,纳米尺寸的硫化物固体电解质的粒径为10~500 nm。5.根据权利要求1所述的基于纳米硫化物固体电解质的薄膜的制备方法,其特征在于,所述的纳米尺寸的硫化物固体电解质为具有式(I)、式(II)或式(Ⅲ)通式硫化物固体电解质中的一种或几种混合;(100

x

y) Li2S
·
xP2S5·
yM
m
N
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(I)式(I)中,0≤x<100,0≤y<100,0<x+y<100,0≤m<4,0≤n<6,M为Ge、Si、Sn或Sb,N为Se、O、Cl、Br或I;Li
10
±
l
Ge1‑
g
G
g
P2‑
q
Q
q
S
...

【专利技术属性】
技术研发人员:姚霞银赵潇蕾刘高瞻薛晓琳
申请(专利权)人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所
类型:发明
国别省市:

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