本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种固态电解质的制备方法、固态电解质、固态电池及装置。上述固态电解质的制备方法，包括如下步骤：步骤S1、对固态电解质原料进行加热处理，制备混合熔液，固态电解质原料包括聚合物前体和锂盐，其中聚合物前体在加热处理时形成熔融态；步骤S2、对混合熔液进行冷却处理，使其中熔融态的聚合物前体固化，制备含有非晶区的聚合物基体。锂盐冷却后分散于聚合物基体中。在上述制备方法制得的固态电解质中，聚合物基体含有较多的非晶区，有效提高了固态电解质的离子电导率，进而能够提高含有上述固态电解质的固态电池的能量密度。态电池的能量密度。
【技术实现步骤摘要】
固态电解质的制备方法、固态电解质、固态电池及用电装置
[0001]本申请涉及电池
，特别是涉及一种固态电解质的制备方法、固态电解质、固态电池及用电装置。
技术介绍
[0002]传统的液态电池通常采用易燃和易挥发的液态电解质，这增加了电池的安全风险。近年来，安全性和能量密度较高的固态电池受到了广泛的关注。聚合物固态电解质是固态电池中常用的电解质之一，具有低密度、易加工以及安全性高等优势。聚合物固态电解质通常包括聚合物基体和锂盐，活性离子通常只能在聚合物基体中的非晶区域进行迁移。传统聚合物固态电解质的聚合物基体中的非晶区较少，因此聚合物固态电解质的离子电导率普遍较低，进一步影响含有上述固态电解质的电池的能量密度。
[0003]为了提升聚合物基体的非晶化程度，传统技术在聚合物固态电解质中加入无机填料，使得活性离子能够在无机填料(例如二氧化硅、二氧化钛)和聚合物基体的界面处进行迁移和传输，进而增大固态电解质的离子电导率。但是无机填料并不能阻止聚合物基体的晶体化，即无法提高聚合物基体的本征离子电导率。此外，无机填料若加入过多，会导致聚合物基体含量相对减少，进而减少了活性离子的传导路径。
[0004]因此，如何提供一种含有较多非晶区的聚合物固态电解质及其制备方法成为了亟待解决的问题。
技术实现思路
[0005]基于此，本申请提供了一种固态电解质的制备方法、固态电解质、固态电池及用电装置。在上述制备方法制得的固态电解质中，聚合物基体含有较多的非晶区，有效提高了固态电解质的离子电导率，进而能够提高含有上述固态电解质的固态电池的能量密度。
[0006]本申请第一方面，提供一种固态电解质的制备方法，包括如下步骤：
[0007]步骤S1、对固态电解质原料进行加热处理，制备混合熔液，固态电解质原料包括聚合物前体和锂盐，其中聚合物前体在加热处理时形成熔融态；
[0008]步骤S2、对混合熔液进行冷却处理，使其中熔融态的聚合物前体固化，制备含有非晶区的聚合物基体。锂盐冷却后分散于聚合物基体中。
[0009]在其中一些实施例中，加热处理的温度为130～230℃，加热处理的时间为1.5～2h。可选地，加热处理在水分含量低于1ppm以及氧气含量低于1ppm的保护性气氛中进行。
[0010]在其中一些实施例中，步骤S2采用喷涂速冷的方法进行冷却处理，喷涂速冷的方法包括如下步骤：
[0011]在冷却辊带动基材运动的同时向基材喷涂混合熔液，使混合熔液在基材上固化成膜层，膜层包括含有非晶区的聚合物基体以及分散于聚合物基体中的锂盐。
[0012]在其中一些实施例中，冷却辊的辊面线速度为8～12m/min，冷却辊的温度控制在5～60℃。
[0013]在其中一些实施例中，喷涂速冷的方法采用喷枪进行喷涂，膜层的厚度为18～22μm。
[0014]在其中一些实施例中，步骤S1之前还包括：
[0015]步骤S0、将聚合物前体和锂盐混合，随后进行球磨处理，制备固态电解质原料。
[0016]在其中一些实施例中，球磨处理的球料比为(9～11):1，球磨时间为40～80min以及转速为300～400r/min。
[0017]在其中一些实施例中，球磨处理采用大球和小球混合的方式进行球磨。可选地，大球与小球的重量比为(1～3):(0.1～2)。进一步可选地，大球的直径为8～12mm，小球的直径为3～7mm。
[0018]在其中一些实施例中，聚合物前体包括聚环氧乙烷、聚二氧戊环和聚偏二氟乙烯中的至少一种。可选地，聚合物前体包括聚环氧乙烷和聚偏二氟乙烯。
[0019]在其中一些实施例中，锂盐包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂和双(全氟
‑1‑
丁磺酰基)亚胺化锂中的至少一种。
[0020]在其中一些实施例中，聚合物前体与锂盐的质量比为(80～90):(10～20)。可选地，聚合物前体与锂盐的质量比为85:15。
[0021]本申请第二方面，提供一种根据第一方面的固态电解质的制备方法所得的固态电解质。
[0022]本申请第三方面，提供一种固态电池，包括正极、负极和第二方面所述的固态电解质，固态电解质设置于正极与负极之间。
[0023]本申请第四方面，提供一种用电装置，包括第三方面的固态电池。
[0024]本申请提供了一种通过加热熔融以及快速冷却制备固态电解质的方法。加热熔融能够将聚合物前体由固体状态转化为熔融状态，使得聚合物分子链能够产生自由运动，即使得聚合物前体转化为非晶态。随后通过快速冷却的方式将聚合物前体固化为聚合物基体，由于冷却速度较快且冷却温度较低，聚合物前体中的分子链来不及重排和结晶，使其非晶态得以保留，进而在聚合物基体中形成大量的非晶区。这样一来，扩大了固体电解质中活性离子的传输路径，提高了固体电解质的离子电导率，进而提高了含有上述固体电解质的电池的能量密度。
具体实施方式
[0025]为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
[0026]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本文所使用的“多”包括两个和多于两个的项目。本文所使用的“某数以上”应当理解为某数及大于某数的范围。
[0027]固态电解质作为一类高安全的电解质体系，具有避免电池内部短路、不含易燃易
爆成分等优势，表现出广阔的应用前景。固态电解质可分为固态聚合物电解质和无机固态电解质两大类，相较于无机固态电解质，固态聚合物电解质具有更加优异的可加工性能、柔性以及界面兼容性。但聚合物固态电解质在商业化方面并没有取得很好的进展，这主要是由于聚合物固态电解质的离子电导率过低，难以满足实际应用的要求。
[0028]聚合物固态电解质通常包括聚合物基体和锂盐两个部分，两者的组成和结构均会对聚合物固态电解质的离子电导率产生重要影响。锂盐在聚合物基体中溶解形成自由离子，因此可自由迁移的离子数量取决于锂盐在聚合物电解质中的解离度。对于聚合物基体而言，由于离子的传导通常只能发生在聚合物基体的非晶区(即无定形区域)，因此可自由迁移的离子传输速率主要取决于聚合物基体中非晶区的含量。可理解地，锂离子与聚合物基体链段上合适的配位点(例如聚氧化乙烯中的
‑
O
‑
)耦合，聚合物链段在原位不停运动，产生自由体积，在电场作用下，锂离子沿着聚合物链段从一个配位点迁移至另一个配位点，或者从一个链段跳跃到另一个链段上，从而实现本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种固态电解质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、对固态电解质原料进行加热处理，制备混合熔液，所述固态电解质原料包括聚合物前体和锂盐，其中所述聚合物前体在加热处理时形成熔融态；步骤S2、对所述混合熔液进行冷却处理，使其中熔融态的所述聚合物前体固化，制备含有非晶区的聚合物基体，所述锂盐在冷却后分散于所述聚合物基体中。2.根据权利要求1所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述加热处理的温度为130～230℃，所述加热处理的时间为1.5～2h；可选地，所述加热处理在水分含量低于1ppm以及氧气含量低于1ppm的保护性气氛中进行。3.根据权利要求1或2所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述步骤S2采用喷涂速冷的方法进行所述冷却处理，所述喷涂速冷的方法包括如下步骤：在冷却辊带动基材运动的同时向所述基材喷涂所述混合熔液，使所述混合熔液在所述基材上固化成膜层，所述膜层包括含有非晶区的所述聚合物基体以及分散于所述聚合物基体中的所述锂盐。4.根据权利要求3所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述冷却辊的辊面线速度为8～12m/min，所述冷却辊的温度控制在5～60℃。5.根据权利要求4所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述喷涂速冷的方法采用喷枪进行喷涂，所述膜层的厚度为18～22μm。6.根据权利要求1或2所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：步骤S0、将所述聚合物前体和所述锂盐混合，随后进行球磨处理，制备所述固态...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹志锋，唐赞谦，
申请(专利权)人：深圳市合壹新能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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