一种半固态电解质及其合成方法和应用、一种半固态锂电池技术

本发明专利技术属于电池领域，尤其涉及一种半固态电解质及其制备方法和应用、一种半固态锂电池。本发明专利技术提供了一种半固态电解质，包括聚合物、锂盐、离子液体、无机填料和氟化酰胺类溶剂。本发明专利技术提供的半固态电解质在用于锂电池时，Li

【技术实现步骤摘要】
一种半固态电解质及其合成方法和应用、一种半固态锂电池


[0001]本专利技术属于锂电池领域，尤其涉及一种半固态电解质及其制备方法和应用、一种半固态锂电池。

技术介绍

[0002]随着社会经济的发展，锂电池已经广泛应用在移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等便携式电子产品，大容量锂二次电池己在电动汽车中试用，将成为电动汽车的主要动力电源之一。随着锂二次电池应用领域的不断扩大，其安全性能显得愈发重要。
[0003]电解质是锂离子电池的重要组成部分，起到传输锂离子和传导电流的作用，目前商用锂电池电解液主要是有机碳酸酯体系，存在易漏液、易燃、易爆炸易挥发等缺陷，同时在锂电池长循环过程中，电解液容易与活泼锂金属负极反应，持续消耗电极材料和电解液，诱发锂枝晶的产生，与正极作用会导致过渡金属离子或活性物质不断溶出，影响负极和电解液物化性质，进而造成严重的安全问题。用不燃的固态电解质替代易燃易爆的有机液态电解质是提高电池安全性能的有效途径之一。固态电解质具有超高的机械强度，被认为能够有效阻挡锂枝晶生长。然而，电极
‑
固态电解质存在界面接触性差、界面阻抗大和界面相容性低等问题。因此考虑使用半固态电解质改善界面接触问题，能够在很大程度上解决以上问题。
[0004]目前，合成半固态电解质的方法之一是将固态电解质浸没、吸收有机碳酸酯类电解液但是该类电解液对具有强氧化/还原性的电极不稳定，容易发生副反应，持续消耗电解液，如果浸没量过多，在组分上仍然会有部分未被固定的电解液残留，在电池循环过程中容易形成安全隐患。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种半固态电解质及其制备方法和应用、一种半固态锂电池，本专利技术提供的半固态电解质在用于锂电池时，Li
+
的传输较快，离子电导率较高，电化学性能优异。
[0006]为了实现以上目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种半固态电解质，所述半固态电解质包括聚合物、锂盐、离子液体、无机填料和氟化酰胺类溶剂。
[0008]优选地，所述离子液体包括吡咯烷类离子液体、咪唑类离子液体、双氟甲磺酰亚胺和四氟硼酸中的一种或几种。
[0009]优选地，所述氟化酰胺类溶剂包括2,3,3,3
‑
N,N
‑
二乙基
‑
四氟丙酰胺、2,2,2
‑
三氟
‑
N,N
‑
二甲基乙酰胺、1,1,2,2
‑
四氟
‑
N,N
‑
二甲基乙酰胺、3,3,3
‑
三氟
‑
N,N
‑
二甲基丙酰胺和双三氟乙酰胺中的一种或几种。
[0010]优选地，所述聚合物包括聚丙烯腈、聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯、聚氯乙烯和氯化聚乙烯中的一种或几种。
[0011]优选地，所述无机填料包括LiPON、Li7La3Nb2O
12
、Li5La3Ta2O
12
、Li5La3Zr2O
12
、Li
1.5
Al
0.5
Ge
1.5
(PO4)3、Li
1.2
Al
0.2
Ti
1.8
(PO4)3、LiZr2(PO4)3、Li
0.34
La
0.51
TiO
2.94
、Li
0.38
La
0.56
Ti
0.99
Al
0.01
O3和Li
6.4
La3Zr
1.4
Ta
0.6
O
12
中的一种或几种。
[0012]优选地，所述无机填料的质量为所述半固态电解质质量的10～60％。
[0013]优选地，所述聚合物的质量为氟化酰胺类溶剂和离子液体总质量的30～70％。
[0014]本专利技术还提供了上述所述半固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0015]将聚合物、锂盐、离子液体、无机填料和氟化酰胺类溶剂混合，得到所述半固态电解质。
[0016]本专利技术还提供了上述所述的半固态电解质或者上述制备方法制备得到的半固态电解质在锂电池中的应用。
[0017]本专利技术还提供了一种半固态锂电池，包括正极、负极和半固态电解质隔膜；所述正极包括磷酸铁锂、三元材料或镍锰酸锂；所述负极为锂或锂合金；所述半固态电解质隔膜的材质为上述所述的半固态电解质。
[0018]本专利技术提供了一种半固态电解质，包括聚合物、锂盐、离子液体、无机填料和氟化酰胺类溶剂。本专利技术选择氟化酰胺溶剂作为半固态电解质中的溶剂，氟化酰胺溶剂介电常数高，对聚合物和锂盐的溶解度高，且不与聚合物和无机填料中的基团或离子发生反应，有利于加快Li
+
的传输速率，提高离子电导率。而且，氟化酰胺类溶剂不仅热稳定性和化学稳定性高，而且氟化酰胺类溶剂中的氟原子具有强吸电子诱导效应，氟化链可以降低LUMO值，从而使其在锂负极上优先还原分解，生成一些氟化中间相物，从而稳定界面半固态电解质膜，保护锂负极，提高半固态电解质膜的安全性。同时本专利技术的半固态电解质中引入了离子液体，离子液体在室温下呈液态，具有阻燃性、闪电、沸点高且不易挥发的优点，同时离子液体的电化学窗口宽，能够适用于高电压体系的锂电池，而且虽然离子液体粘度高，但是氟化酰胺类溶剂中的氟化链可以减少氢键的相互作用，降低离子液体的粘度，提高Li
+
的传输能力，进而提高半固态电解质的离子电导率。
[0019]本专利技术提供了所述的半固态电解质的制备方法，包括以下步骤：将聚合物、锂盐、离子液体、无机填料和氟化酰胺类溶剂混合，得到所述半固态电解质。本专利技术采用一步混料法得到半固态电解质，相对于其他制备方法，本专利技术提供的制备方法步骤简单，耗时短，易于实现产业化。
附图说明
[0020]图1为对比例1的半固态电解质的离子电导率图；
[0021]图2为实施例1的半固态电解质的离子电导率图；
[0022]图3为对比应用例1的的半固态电池在0.1C下的充放电曲线图；
[0023]图4为对比应用例1的半固态电池的循环性能图；
[0024]图5为应用例1的的半固态电池在0.1C下的充放电曲线图；
[0025]图6为应用例1的半固态电池的循环性能图；
[0026]图7为应用例2的半固态电池在0.1C下的充放电曲线图；
[0027]图8为应用例2的半固态电池的循环性能图；
[0028]图9为应用例3的半固态电池在0.1C下的充放电曲线图；
[0029]图10为应用例3的半固态电池的循环性能图；
[0030]图11为应用例4的半固态电池在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半固态电解质，其特征在于，所述半固态电解质包括聚合物、锂盐、离子液体、无机填料和氟化酰胺类溶剂。2.根据权利要求1所述的半固态电解质，其特征在于，所述离子液体包括吡咯烷类离子液体、咪唑类离子液体、双氟甲磺酰亚胺和四氟硼酸中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的半固态电解质，其特征在于，所述氟化酰胺类溶剂包括2,3,3,3
‑
N,N
‑
二乙基
‑
四氟丙酰胺、2,2,2
‑
三氟
‑
N,N
‑
二甲基乙酰胺、1,1,2,2
‑
四氟
‑
N,N
‑
二甲基乙酰胺、3,3,3
‑
三氟
‑
N,N
‑
二甲基丙酰胺和双三氟乙酰胺中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的半固态电解质，其特征在于，所述聚合物包括聚丙烯腈、聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯、聚氯乙烯和氯化聚乙烯中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的半固态电解质，其特征在于，所述无机填料包括LiPON、Li7La3Nb2O
12
、Li5La3Ta2O
12
、Li5La3Zr2O
12
、Li
1.5
Al
0.5

【专利技术属性】
技术研发人员：谢海明，丛丽娜，张敏，
申请(专利权)人：吉林省翰驰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：