一种使用复合准固态电解质膜的二次锂电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂电池电解质，公开了一种使用复合准固态电解质膜的二次锂电池及其制备方法，所述复合准固态电解质膜包括复合电解质和复合隔膜；所述复合隔膜为含有锂镧钛氧无机陶瓷颗粒的聚丙烯腈隔膜；所述复合电解质包括无水电解液和四丙烯酸异戊四酯，所述无水电解液由有机溶剂和锂盐组成；所述复合准固态电解质膜为网络状的纤维膜。复合电解质和复合隔膜形成刚柔结合的复合准固态电解质膜，增强电池的界面相容性，既可避免电解液的泄漏，还可以减少因锂电池的电解液与电极的接触而导致的界面副反应，缓解锂电池的不稳定性，从而提高锂电池的循环稳定性，继而提高锂电池的放电比容量和循环效率。量和循环效率。量和循环效率。

【技术实现步骤摘要】
一种使用复合准固态电解质膜的二次锂电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池电解质，尤其涉及一种使用复合准固态电解质膜的二次锂电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着科技的进步，个人智能设备的普及率越来越高，与此同时应用于智能设备的可充放电的二次锂电池也得到广泛的应用。
[0003]现有技术的二次锂电池，采用电解液作为导离子介质，在电池的循环使用过程中容易出现电解液挥发和泄露现象，存在安全隐患，继而缩短了电池的使用寿命。为提高能量密度，当使用锂金属作为负极时，采用的液态电解质还容易导致锂枝晶的生长，出现锂枝晶穿透隔膜而短路的现象。采用固态聚合物电解质可部分解决上述问题，固态聚合物电解质虽然具有较好的安全性能，但是不利于锂离子的传导，导致使用固态聚合物电解质的二次锂电池的放电比容量低，充放电的效率差。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术的第一目的在于提出一种使用复合准固态电解质膜的二次锂电池，复合准固态电解质膜为网络状的纤维膜，具有良好的界面相容性，并且具有良好的循环性能和倍率性能。
[0005]本专利技术的另一目的在于提出一种二次锂电池的制备方法，在二次锂电池内形成原位聚合的复合准固态电解质膜。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种使用复合准固态电解质膜的二次锂电池，所述复合准固态电解质膜包括复合电解质和复合隔膜；
[0008]所述复合隔膜为含有锂镧钛氧无机陶瓷颗粒的聚丙烯腈隔膜；
[0009]所述复合电解质包括无水电解液和四丙烯酸异戊四酯，所述无水电解液由有机溶剂和锂盐组成；
[0010]所述复合准固态电解质膜为网络状的纤维膜。
[0011]具体的，所述复合隔膜的原料由锂镧钛氧无机陶瓷颗粒、聚丙烯腈粉末和N,N
‑
二甲基甲酰胺组成；
[0012]所述锂镧钛氧无机陶瓷颗粒和所述聚丙烯腈粉末的质量比为1:5，所述聚丙烯腈粉末和所述N,N
‑
二甲基甲酰胺的质量比为1:10；
[0013]所述复合电解质中的所述四丙烯酸异戊四酯和所述无水电解液的质量百分比分别为5％和95％。
[0014]优选的，所述锂盐包括LiPF6、LiBOB、LiFSI、LiTFSI、LiSbF6、LiA1O2和LiAlCl4中的至少一种。
[0015]优选的，所述有机溶剂为氟代碳酸乙烯酯和/或碳酸乙烯酯。
[0016]优选的，所述无水电解液中的所述锂盐的浓度为0.1
‑
5M。
[0017]进一步的，本专利技术提出了一种二次锂电池的制备方法，用于制备以上所述的使用复合准固态电解质膜的二次锂电池，包括以下步骤：
[0018]S1)按照质量百分比计算，称取N,N
‑
二甲基甲酰胺、锂镧钛氧无机陶瓷颗粒和聚丙烯腈粉末，并将锂镧钛氧无机陶瓷颗粒加入N,N
‑
二甲基甲酰胺，超声分散1h后，在室温下置于磁力搅拌器中搅拌8h，使无机陶瓷颗粒完全分散在N,N
‑
二甲基甲酰胺中，然后加入聚丙烯腈粉末，并在室温下搅拌12h，制得用于静电纺丝的隔膜前驱体溶液；
[0019]S2)将隔膜前驱体溶液装入静电纺丝设备进行纺丝，纺丝结束后，将纺丝形成的薄膜从接收器取下，再放入真空干燥箱中真空干燥，制得PAN
‑
LLTO纳米纤维膜；
[0020]S3)按照质量百分比计算，称取四丙烯酸异戊四酯和无水电解液，在充满氩气气氛的手套箱内，将四丙烯酸异戊四酯加于玻璃瓶中，然后加入无水电解液，再加入适量的偶氮二异丁腈引发剂，并在常温下连续搅拌，制得电解质前驱体溶液；
[0021]S4)将PAN
‑
LLTO纳米纤维薄膜冲裁成圆片，以PAN
‑
LLTO纳米纤维薄膜为隔膜装配成扣式电池，并注入电解质前驱体溶液，静置，然后再置于烘箱内进行热聚合反应，即制得所述含有复合准固态电解质膜的锂电池。
[0022]具体的，步骤S2)中，施加的电压为24kV，溶液的推进速度为1mL/h，滚筒的转速为300rpm/min，喷射装置与接收器之间的间距为18cm，环境温度为25
±
5℃，环境湿度为45
±
5％。
[0023]优选的，步骤S2)中，真空干燥的温度为80℃，真空干燥的时间为24h。
[0024]优选的，步骤S3)中，偶氮二异丁腈引发剂的添加量为四丙烯酸异戊四酯的质量的0.5％，连续搅拌的时间为1h。
[0025]优选的，步骤S4)中，静置时间为3h，热聚合温度为60℃，热聚合时间为12h。
[0026]本专利技术的上述技术方案的有益效果为：所述使用复合准固态电解质膜的二次锂电池，复合电解质和复合隔膜形成刚柔结合的复合准固态电解质膜，增强电池的界面相容性，既可避免电解液的泄漏，还可以减少因锂电池的电解液与电极的接触而导致的界面副反应，缓解锂电池的不稳定性，从而提高锂电池的循环稳定性，继而提高锂电池的放电比容量和循环效率。
[0027]进一步的，本专利技术提出的二次锂电池的制备方法，采用原位聚合的方式在电池内部聚合形成复合准固态电解质膜，可使锂电池有着优异的界面稳定性和倍率性能，以及更好的充放电效率。
附图说明
[0028]图1为本专利技术的实施例1的复合准固态电解质膜的电子显微镜扫描图；
[0029]图2为本专利技术的实施例1的NCM811电池的充放电曲线；
[0030]图3为本专利技术的实施例1的NCM811电池的倍率性能图；
[0031]图4为本专利技术的实施例1的锂对称电池在电流密度为0.5mA/cm2(图中a部分)和电流密度为0.2mA/cm2(图中b部分)的极化电压曲线；
[0032]图5为本专利技术的实施例1的锂电池和对比例1的锂电池的离子电导率对数与温度的对比图；
[0033]图6为本专利技术的对比例1的NCM811电池的倍率性能图；
[0034]图7为本专利技术的对比例2的NCM811电池和对比例3的NCM811电池的倍率性能图。
具体实施方式
[0035]下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。
[0036]在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本专利技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0037]尽管已经示出和描述了本专利技术的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本专利技术的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本专利技术的范围由权利要求及其等同物限定。
[0038]一种使用复合准固态电解质膜的二次锂电池，所述复合准固态电解质膜包括复合电解质和复合隔膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用复合准固态电解质膜的二次锂电池，其特征在于，所述复合准固态电解质膜包括复合电解质和复合隔膜；所述复合隔膜为含有锂镧钛氧无机陶瓷颗粒的聚丙烯腈隔膜；所述复合电解质包括无水电解液和四丙烯酸异戊四酯，所述无水电解液由有机溶剂和锂盐组成；所述复合准固态电解质膜为网络状的纤维膜。2.根据权利要求1所述的使用复合准固态电解质膜的二次锂电池，其特征在于，所述复合隔膜的原料由锂镧钛氧无机陶瓷颗粒、聚丙烯腈粉末和N,N
‑
二甲基甲酰胺组成；所述锂镧钛氧无机陶瓷颗粒和所述聚丙烯腈粉末的质量比为1:5，所述聚丙烯腈粉末和所述N,N
‑
二甲基甲酰胺的质量比为1:10；所述复合电解质中的所述四丙烯酸异戊四酯和所述无水电解液的质量百分比分别为5％和95％。3.根据权利要求1所述的使用复合准固态电解质膜的二次锂电池，其特征在于，所述锂盐包括LiPF6、LiBOB、LiFSI、LiTFSI、LiSbF6、LiA1O2和LiAlCl4中的至少一种。4.根据权利要求1所述的使用复合准固态电解质膜的二次锂电池，其特征在于，所述有机溶剂为氟代碳酸乙烯酯和/或碳酸乙烯酯。5.根据权利要求1所述的使用复合准固态电解质膜的二次锂电池，其特征在于，所述无水电解液中的所述锂盐的浓度为0.1
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5M。6.一种二次锂电池的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1
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5任一项所述的使用复合准固态电解质膜的二次锂电池，包括以下步骤：S1)按照质量百分比计算，称取N,N
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二甲基甲酰胺、锂镧钛氧无机陶瓷颗粒和聚丙烯腈粉末，并将锂镧钛氧无机陶瓷颗粒加入N,N
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二甲基甲酰胺，超声分散1h后，在室温下置于磁力搅拌器...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱峻立，黄俊俏，施志聪，沈之川，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：