一种原位改善复合固态电解质界面的方法技术

一种原位改善复合固态电解质界面的方法，涉及复合固态电解质领域。通过冷却固化第一反式晶体固化液，在正极和复合固态电解质之间构筑第一反式异构塑性晶体层；通过冷却固化第二反式晶体固化液，在复合固态电解质和负极之间构筑第二反式异构塑性晶体层；第一反式晶体固化液包括反式异构塑性晶体和锂盐，第二反式晶体固化液包括反式异构塑性晶体、锂盐和添加剂。本发明专利技术通过构筑反式异构塑性晶体层改善固态电解质界面，反式异构分子能绕中心C原子或C

【技术实现步骤摘要】
一种原位改善复合固态电解质界面的方法


[0001]本专利技术涉及复合固态电解质
，具体涉及一种原位改善复合固态电解 质界面的方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为如今能源转换与储存器件的主力军，广泛地应用于人们的日 常生活之中。然而随着研究的不断深入，研究者发现锂离子电池的能量密度已经 到达了极限，无法满足新能源汽车高续航、长寿命的要求。同时，有机液态电解 质具有易燃的特性，多次循环后容易形成锂枝晶刺穿隔膜，电池的安全性受到极 大的威胁。固态电解质的使用能够引入金属锂负极，降低电解液的使用，极大提 高电池的安全性。
[0003]纯陶瓷的固态电解质虽然能够与锂负极兼容，有效抑制锂枝晶，但其天然的 刚性则带来了极大的界面电阻，实际商业化还需很长时间。复合固态电解质则兼 具高分子的柔性以及无机物的刚性，在抑制锂枝晶的同时也能兼顾与电极的接触。 然而，为了降低电池的界面阻抗，现有复合固态电解质在应用时往往也需要滴加 少许电解液改善界面接触，并不能完全避免电解液的使用，仍然存在安全隐患； 同时，复合固态电解质室温结晶度较高，无定形区域较少，锂离子通过链段运动 传输较慢，因而组装的电池室温阻抗较大，目前的复合固态电池大多在高温下工 作测试，利用高温降低聚合物结晶度，降低电池阻抗，这与实际应用不相符。如 何完全排除电解液的使用，并降低复合固态电池的室温阻抗仍然是一个挑战。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，针对
技术介绍
中复合固态电解质存在的问题，提出了一 种原位改善复合固态电解质界面的方法。本专利技术通过构筑反式异构塑性晶体层原 位改善固态电解质界面，反式异构分子具有中心对称的特性，能绕中心C原子 或C
‑
C键旋转，结合塑性晶体(PC)本身存在的强极性基团，使得该反式异构 塑性晶体对锂盐具有极强的解离性能，两者结合具有相当高的离子电导率(10
‑3S cm
‑1)，将其与添加剂合理配比组成反式晶体固化液。利用反式晶体固化液高温 呈液态、室温呈胶态/固态的性质，通过原位降温固化的方式，改善与电极的界 面，降低界面电阻。同时，利用反式异构塑性晶体高介电常数、高极性的特性， 降低复合固态电解质界面处的结晶度，提高其无定形区，促进锂离子的传输，极 大降低电池的阻抗。与未滴电解液的电池相比，本专利技术反式异构塑性晶体改善后 的复合固态电解质界面阻抗显著降低，比容量与循环稳定性提升十分明显，具有 优异的电化学性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种原位改善复合固态电解质界面的方法，通过冷却固化第一反式晶体固化 液，在正极和复合固态电解质之间构筑第一反式异构塑性晶体层；通过冷却固化 第二反式晶体固化液，在复合固态电解质和负极之间构筑第二反式异构塑性晶体 层；其中，所述第一
反式晶体固化液的组成为：82～91wt％的反式异构塑性晶体 和9～18wt％的锂盐；所述第二反式晶体固化液的组成为：82～91wt％的反式异构 塑性晶体，8～17wt％的锂盐和0.1～3％的添加剂；反式异构塑性晶体为丙二腈、 丁二腈(SN)、戊二腈(GN)、己二腈(ADN)、庚二腈中的一种或几种，添加 剂为氟代碳酸乙烯酯(FEC)、聚丙烯腈(PAN)、硝酸锂(LiNO3)中的一种或 几种。
[0007]进一步的，所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)、高氯酸锂(LiClO4)、 双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、六 氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)中的一种或几种。
[0008]本专利技术提供的一种原位改善复合固态电解质界面的方法，构筑的反式异构塑 性晶体层中，锂盐容易解离，锂离子迁移较快，液态向固态转变的物理固化能有 效降低界面电阻；同时，反式异构塑性晶体内含大量极性基团，与复合固态电解 质膜接触时可降低复合膜界面的结晶度，进一步促进锂离子的传输，整体上降低 电池的电阻，促进电池动力学。
[0009]一种原位改善复合固态电解质界面的方法，具体包括以下步骤：
[0010]步骤1.制备第一反式晶体固化液和第二反式晶体固化液；
[0011]将82～91wt％的反式异构塑性晶体和9～18wt％的锂盐混合，在50～100℃下 融化，充分搅拌混合后冷却至室温，液体固化为胶态或固态，得到第一反式晶体 固化液；
[0012]将82～91wt％的反式异构塑性晶体、8～17wt％的锂盐和0.1～3％的添加剂混 合，在50～100℃下融化，充分搅拌混合后冷却至室温，液体固化为胶态或固态， 得到第二反式晶体固化液；
[0013]其中，反式异构塑性晶体为丙二腈、丁二腈(SN)、戊二腈(GN)、己二腈 (ADN)、庚二腈中的一种或几种，添加剂为氟代碳酸乙烯酯(FEC)、聚丙烯腈 (PAN)、硝酸锂(LiNO3)中的一种或几种，锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂 (LiTFSI)、高氯酸锂(LiClO4)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、 二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)中的一种或 几种；
[0014]步骤2.制备复合固态电解质；
[0015]步骤3.制备正极；
[0016]步骤4.将步骤1得到的第一反式晶体固化液加热至50～100℃，使其融化为 液态，然后滴加至步骤3制备的正极上，滴加量为3～15uL/cm2，冷却至室温固 化后形成第一反式异构塑性晶体层，再将步骤2制备的复合固态电解质覆盖至第 一反式异构塑性晶体层上；
[0017]步骤5.将步骤1得到的第二反式晶体固化液加热至50～100℃，使其融化为 液态，然后滴加至步骤4的复合固态电解质上，滴加量为3～15uL/cm2，冷却至 室温固化后形成第二反式异构塑性晶体层，再将负极覆盖至第二反式异构塑性晶 体层上，封装电池；
[0018]步骤6.将步骤5封装的电池静置1～2h，然后置于50～100℃的烘箱中保温 5～20min，取出后在室温下冷却固化，即可完成复合固态电解质界面的改善，得 到改善界面后的复合固态电池。
[0019]进一步的，步骤2中制备复合固态电解质的过程为：将有机聚合物、锂盐、 无机陶瓷按照质量比1：(0.5～1)：(0.15～1)的比例混合，得到的混合粉料溶于 5～8倍质量的溶剂中，充分搅拌均匀后，采用流延法刮涂于玻璃板或PTFE板上， 在40～100℃下烘干，于手套箱中搁置48h以上，得到复合固态电解质膜。其中， 有机聚合物为聚环氧乙烷(PEO)、聚丙
烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲 基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚乙烯醇(PVA)，优选为聚丙 烯腈(PAN)或聚偏氟乙烯(PVDF)。无机陶瓷为石榴石型、钙钛矿型或NASICON 型固体电解质中的一种或几种，石榴石型固体电解质包括Li7La3Zr2O
12
、或 Li7La3Zr2O...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位改善复合固态电解质界面的方法，其特征在于，通过冷却固化第一反式晶体固化液，在正极和复合固态电解质之间构筑第一反式异构塑性晶体层；通过冷却固化第二反式晶体固化液，在复合固态电解质和负极之间构筑第二反式异构塑性晶体层；其中，所述第一反式晶体固化液的组成为：82～91wt％的反式异构塑性晶体和9～18wt％的锂盐；所述第二反式晶体固化液的组成为：82～91wt％的反式异构塑性晶体，8～17wt％的锂盐和0.1～3％的添加剂；反式异构塑性晶体为丙二腈、丁二腈、戊二腈、己二腈、庚二腈中的一种或几种，添加剂为氟代碳酸乙烯酯、聚丙烯腈、硝酸锂中的一种或几种。2.根据权利要求1所述的原位改善复合固态电解质界面的方法，其特征在于，所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、高氯酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂中的一种或几种。3.一种原位改善复合固态电解质界面的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.制备第一反式晶体固化液和第二反式晶体固化液；将82～91wt％的反式异构塑性晶体和9～18wt％的锂盐混合，在50～100℃下融化，充分搅拌混合后冷却至室温，得到第一反式晶体固化液；将82～91wt％的反式异构塑性晶体、8～17wt％的锂盐和0.1～3％的添加剂混合，在50～100℃下融化，充分搅拌混合后冷却至室温，得到第二反式晶体固化液；步骤2.制备复合固态电解质；步骤3.制备正极；步骤4.将步骤1得到的第一反式晶体固化液加热至50～100℃，然后滴加至步骤3制备的正极上，滴加量为3～15uL/cm2，冷却至室温固化后形成第一反式异构塑性晶体层，再将步骤2制备的复合固态电解质覆盖至第一反式异构塑性晶体层上；步骤5.将步骤1得到的第二反式晶体固化液加热至50～100℃，然后滴加至步骤4的复合固态电解质上，滴加量为3～15uL/cm2，冷却至室温固化后形成第二反式异构塑性晶体层，再将负极覆盖至第二反式异构塑性晶体层上，封装电池；步骤6.将步骤5封装的电池静置，然后置于50～100℃的烘箱中保温5～20min，取出后在室温下冷却固化，得到改善界面后的复合固态电池。4.根据权利要求3所述的原位改善复合固...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐自强，张志豪，方梓烜，吴孟强，周海平，张庶，冯婷婷，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：