一种梯度聚合物电解质及其制备方法和固态电池技术

本发明专利技术提供一种梯度聚合物电解质及其制备方法和固态电池，具体涉及电解质技术领域。所述制备方法包括：先将正、负极侧聚合电解质分别和锂盐溶解在有机溶剂中，配置正、负极侧聚合物电解质溶液；将所述正、负极侧聚合物电解质溶液涂覆在基材上，制得复合预成膜；然后将所述复合预成膜置于均匀电场中，在一定温度下真空环境下扩散干燥，使其充分进行梯度分布制得梯度聚合物固态电解质。本发明专利技术制备的固态电解质可解决界面阻抗问题的同时改善固态电池的循环性能。池的循环性能。池的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种梯度聚合物电解质及其制备方法和固态电池


[0001]本专利技术涉及电解质
，具体涉及一种梯度聚合物电解质及其制备方法和固态电池。

技术介绍

[0002]电池作为电能的存储介质，其需求量不断增长，且随着新能源领域的不断发展，对于电池的能量密度、存储容量提出了更高的要求。与此同时，电池的安全性问题随之而来。大部分的二次电池热失控都是由于电池内部发生短路产生大量热，导致内部电解液分解引起的。固态电池中由于不含可燃的液体电解质，能够极大地改善电池的安全性，而且固态电池兼具高能量密度的特性，被公认为下一代动力电池首选。
[0003]固态电解质作为固态电池的重要组成部分，现阶段，固态电解质主要有氧化物固态电解质、聚合物固态电解质和无机
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有机复合固态电解质，其中，氧化物固态电解质与电池活性组分界面接触较差，且由于内应力存在易在电池循环过程中破碎，无法制备大容量电芯；聚合物固态电解质在离子电导率、界面阻抗和耐高电压能力等方面存在诸多问题，严重阻碍了固态电池的商业化应用；现有技术中，也公开了比较多应用于锂电池的多级结构复合固态电解质，虽然多层复合结构的设计在一定程度上改善和解决了整个锂电池体系里正负极不同的要求，但同时多层膜复合之间也带来正负电极与电解质层接触的界面不具备连续过渡特点，仍存在阶梯梯度，界面阻抗会大大提高，低温性能差，进而使得电池性能降低。
[0004]因此，亟需提供一种新的固态电解质，以改善上述问题。

技术实现思路

[0005]鉴于以上现有技术的缺点，本专利技术提供一种梯度聚合物电解质及其制备方法和固态电池，在保证固态电池的安全性的前提下，可与正负极材料高度匹配，解决界面间的阻抗问题，从而提升聚合物电解质固态电池的性能。
[0006]为实现上述目的及其它相关目的，本专利技术提供一种梯度聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将正极侧聚合电解质和负极侧聚合物电解质分别与锂盐溶解在有机溶剂中，以配置正极侧聚合物电解质溶液和负极侧聚合物电解质溶液；
[0008]将所述正极侧聚合物电解质溶液和负极聚合物电解质溶液依次涂覆在基材上，制得复合预成膜；
[0009]将所述复合预成膜置于均匀电场中，并在20～100℃的真空环境下扩散干燥，使其充分进行梯度分布，其中，所述均匀电场中的电场方向与电池中的电场方向一致；
[0010]待所述复合预成膜干燥处理结束后，将所述基材剥离，制得梯度聚合物电解质。
[0011]在本专利技术一示例中，所述正极侧聚合物电解质与锂盐的质量比为5:1～30:1，所述正极侧聚合物电解质在所述正极侧聚合物电解质溶液中的浓度为1～15 g/ml；所述负极侧
聚合物电解质与锂盐的质量比为5:1～30:1，所述负极侧聚合物电解质在所述负极侧聚合物电解质溶液中的浓度为1～15g/ml。
[0012]在本专利技术一示例中，所述正极侧聚合物电解质为氟化聚合物类和/或聚磺酸类和/或聚酰胺酸。
[0013]优选的，所述正极侧聚合物电解质包括聚苯乙烯磺酸(PSSA)、聚苯磺酸钠、聚苯乙烯磺酸锂、氟化聚碳酸亚乙烯酯(PVCA)、氟化聚氰基丙烯酸酯(PECA)，氟化聚甲基丙烯酸酯(PMMA)，氟化聚丙烯腈(PAN)，聚马来酸酐(PMA)，聚酰亚胺，聚吡咯，聚(3,4
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亚乙基二氧噻吩)中的一种或多种。
[0014]在本专利技术一示例中，负极侧的聚合物电解质包括聚氧乙烯(PEO)、聚氧丙烯 (PPO)、聚碳酸丙烯酯(PPC)、聚碳酸乙烯酯(PEC)、聚氧乙烯
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氧丙烯(PEO
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PPO) 中的一种或多种。
[0015]在本专利技术一示例中，所述有机溶剂包括N,N
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二甲基甲酰胺、乙腈、N
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甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、二氯甲烷中的一种或几种。
[0016]在本专利技术一示例中，所述锂盐包括六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiFTSI)、双氟磺酰亚胺锂(LiTFSI)中的一种或多种。
[0017]在本专利技术一示例中，所述正极侧聚合物电解质溶液的涂覆厚度为10～300μ m；所述负极侧聚合物电解质溶液的涂覆厚度为10～300μm。
[0018]在本专利技术一示例中，将所述复合预成膜置于均匀电场中，在20～100℃的真空环境下中扩散干燥包括：先将所述复合预成膜在20～50℃的真空环境中干燥 0.5～1h；然后每隔10～30分钟提高2～5℃直至将温度升至50～100℃；再将温度调至40～60℃保持1～4h。
[0019]在本专利技术一示例中，所述均匀电场的强度通过施加在电场的直流电压进行调控，所述直流电压为40～700V。
[0020]本专利技术另一方面提供一种梯度聚合物电解质，所述梯度聚合物电解质采用本专利技术的制备方法制备而成。
[0021]本专利技术还提供一种固态电池，该固态电池包括本专利技术的梯度聚合物固态电解质或采用本专利技术的制备方法制备而成的梯度聚合物电解质。
[0022]于本专利技术一实施例中，所述固态电池的正极材料包括镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂和镍钴锰铝酸锂高镍三元材料甚至四元材料中的任意一种或者至少两种的组合。
[0023]于本专利技术一实施例中，所述固态电池的负极材料包括金属锂，硅/碳复合材料和/或氧化硅/碳复合材料。
[0024]本专利技术提供一种梯度聚合物电解质的制备方法，将正极侧聚合物电解质与负极侧聚合物电解质预制成膜，并将其置于均匀电场和一定温度下，通过电场对聚合物电解质的诱导作用，使得正、负极侧聚合物电解质形成连续的浓度梯度，制得连续均匀梯度聚合物固态电解质。所述固态电解质可以有效解决界面的阻抗问题，同时改善聚合物固态电解质电池的循环性能。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术梯度聚合物固态电解质的制备方法的流程图；
[0027]图2为图1中步骤S3于一实施例中的流程图；
[0028]图3为本专利技术梯度聚合物固态电解质的梯度变化示意图；
[0029]图4为本专利技术固态电池的结构示意图；
[0030]图5为本专利技术梯度聚合物固态电解质的梯度界面的EDS表征图。
[0031]元件标号
[0032]1、正极；2、负极；3、电解质层。
具体实施方式
[0033]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其它优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种梯度聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将正极侧聚合电解质和负极侧聚合物电解质分别与锂盐溶解在有机溶剂中，以配置正极侧聚合物电解质溶液和负极侧聚合物电解质溶液；将所述正极侧聚合物电解质溶液和负极聚合物电解质溶液依次涂覆在基材上，制得复合预成膜；将所述复合预成膜置于均匀电场中，并在20～100℃的真空环境下扩散干燥，使其充分进行梯度分布，其中，所述均匀电场中的电场方向与电池中的电场方向一致；待所述复合预成膜处理干燥处理结束后，将所述基材剥离，制得梯度聚合物固态电解质。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述正极侧聚合物电解质与锂盐的质量比为5:1～30:1，所述正极侧聚合物电解质在所述正极侧聚合物电解质溶液中的浓度为1～15g/ml；所述负极侧聚合物电解质与锂盐的质量比为5:1～30:1，所述负极侧聚合物电解质在所述负极侧聚合物电解质溶液中的浓度为1～15g/ml。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述正极侧聚合物电解质为氟化聚合物类和/或聚磺酸类和/或聚酰胺酸，所述正极侧聚合物电解质包括聚苯乙烯磺酸、聚苯磺酸钠、聚苯乙烯磺酸锂、氟化聚碳酸亚乙烯酯、氟化聚氰基丙烯酸酯、氟化聚甲基丙烯酸酯、氟化聚丙烯腈、聚马来酸酐、聚酰亚胺、聚吡咯，聚(3,4
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亚乙基二氧噻吩)中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述负极侧聚合物电解质的聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：宁波吉利汽车研究开发有限公司，
类型：发明
国别省市：