一种高迁移数复合固态电解质及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种高迁移数复合固态电解质及其制备方法和应用，包括高迁移数复合固态电解质包括含氧空位的无机物纤维、聚合物和锂盐，含氧空位的无机物纤维中的加入能提高复合固态电解质的离子电导率和迁移数，纤维状的无机物能提供较大的比表面积，有利于放大这种提升作用，使用该复合固态电解质的固态电池表现出良好的电化学性能和循环稳定性，同时，这种复合固态电解质具有性能优异，制备方法工艺简单，适宜大规模生产的优点，在固态电池领域表现出巨大的应用潜力和价值。现出巨大的应用潜力和价值。现出巨大的应用潜力和价值。

【技术实现步骤摘要】
一种高迁移数复合固态电解质及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及固态电解质
，具体为一种高迁移数复合固态电解质及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池自从首次面世就备受关注，在过去三十年得到了长足的发展，并从电子产品、电动汽车灯日常消费场景，到大规模的电站存储，广泛应用于生产生活中的方方面面。目前的锂离子电池主要使用有机液体电解质，但随着边际效应递减，目前基于液体电解质的锂离子电池已经逐渐无法满足不断发展的实际需求，除了其能量密度逐渐接近安全边界，其存在易燃、易泄露的安全风险越来越无法忽视，将液态电解质更换为固态电解质，实现固态锂电池的生产应用，有利于进一步提高电池的能量密度，并有利于提高电池的安全性，进一步推动电池应用于电动汽车、飞机和轮船以及电站级别的电能存储。
[0003]目前的固态电解质可以主要分为聚合物固态电解质和无机固态电解质两类，其中，聚合物固体电解质具有成本低、柔韧和加工难度低的优点，但也同时存在离子电导率低和迁移数低缺点，降低的离子电导率影响复合固态电解质在室温下的正常使用，较低的迁移数会影响电极和电解质之间界面的稳定，导致锂枝晶的快速生长，为了改善其缺点，目前主流的技术手段是加入无机材料，制备复合固态电解质，然而，这种改进措施可以提高其离子电导率，但对于复合固态电解质迁移数低的问题依然缺少有效策略，因此，急需开发新型复合固态电解质，使其兼具高离子电导率和高迁移数。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高迁移数复合固态电解质及其制备方法和应用，解决了
技术介绍
中所提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种无机陶瓷复合固态电解质，包括：含氧空位的无机物纤维、聚合物和锂盐。
[0006]在本专利技术的一些实施例中，所述含氧空位的无机物纤维选自含氧空位的单金属或多金属氧化物纤维、含氧空位的非金属含氧化合物纤维和含氧空位的无机固态电解质纤维，优选为含氧空位的氧化钛纤维和含氧空位的氧化硅纤维。所述含氧空位的无机物纤维含量的重量百分比为1％～60％，优选为10％～30％。所述含氧空位的无机物纤维的直径为0.05μm～2μm，优选为0.1μm～0.5μm。
[0007]在本专利技术的一些实施例中，所述聚合物为聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化丙烯、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氟乙烯、聚(偏二氟乙烯
‑
共
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六氟丙烯)、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚醚砜、聚苯醚、聚芳纶、聚醚醚酮、纤维素等中的一种或多种。优选为聚氧化乙烯和聚偏二氟乙烯。所述聚合物的在复合固态电解质中的含量为5％～95％，优选为40％～70％。
[0008]在本专利技术的一些实施例中，所述锂盐为二草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟磷酸
锂、二氟草酸硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂与高氯酸锂中的至少一种。优选为双三氟甲基磺酰亚胺锂、二草酸硼酸锂和三氟甲基磺酸锂。所述锂盐与聚合物重复单元的摩尔比为1:1～1:20，优选为1:1～1:14。
[0009]本专利技术还提供一种高迁移数复合固态电解质制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在干燥环境中，将含氧空位的无机物纤维、聚合物、锂盐和添加剂与有机溶剂混合得到前驱体分散液，并将该前驱体分散液涂布于平面基板，先在常压下干燥，之后进行真空干燥，得到复合固态电解质。
[0010]所述含氧空位的无机物纤维、聚合物和锂盐包括权利要求1～4任一项所述的高迁移数复合固态电解质。
[0011]所述添加剂包括聚合物塑化剂、交联剂、负极成膜剂、正极成膜剂、防冻添加剂、阻燃添加剂、防过充添加剂、功能高分子、无机添加剂中的一种或几种。添加剂占复合固态电解质总重的0％～20％，优选为5％～10％。
[0012]所述有机溶剂包括乙腈、四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷、N,N
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二甲基甲酰胺、N,N
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二甲基乙酰胺、N
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甲基吡咯烷酮中的至少一种。有机溶剂用量与聚合物的质量比为6:1～25:1，优选为15:1～20:1。
[0013]所述常压下干燥、干燥温度为20℃～45℃，优选为30～35℃，时间为4h～72h,优选为12～24h；所述真空干燥、干燥温度为30℃～120℃，优选为40℃～60℃，时间为4h～72h,优选为12～24h。
[0014]本专利技术还提供一种固态锂电池，其特征在于，包括使用上述高迁移数复合固态电解质或由上述的高迁移数复合固态电解质制备方法制备的高迁移数复合固态电解质。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0016]本专利技术提供的高迁移数复合固态电解质，其中含氧空位的无机物纤维、聚合物和锂盐，该复合固态电解质通过复合无机物纤维和聚合物，无机物纤维较大的长径比在提高聚合物力学强度的同时，不会使其柔韧性遭受明显损失，表现出刚柔并济的特点，同时，由于无机物纤维中氧空位的存在，借助氧空位与锂盐中阴离子的库仑相互作用，可以促进锂盐解离，提高离子电导率，并锚定阴离子，提高复合电解质的迁移数，纤维状的无机物能提供较大的比表面积，进一步促进无机物中氧空位的作用；
[0017]本专利技术提供的高迁移数复合固态电解质制备方法，工艺简单，适宜大规模生产；
[0018]本专利技术提供的高迁移数复合固态电解质应用于固态锂电池，具有良好的循环稳定性，在固态锂电池领域具有巨大的应用潜力。
附图说明
[0019]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0020]图1是本专利技术实施例1和对比例1中使用氧化钛纤维和含氧空位的氧化钛纤维的X射线衍射谱；
[0021]图2是本专利技术实施例1中使用含氧空位的氧化钛纤维的扫描电子显微镜图片；
[0022]图3是本专利技术对比例1中使用氧化钛纤维的扫描电子显微镜图片；
[0023]图4是本专利技术实施例2中使用含氧空位的氧化硅纤维的扫描电子显微镜图片；
[0024]图5是本专利技术对比例2中使用氧化硅纤维的扫描电子显微镜图片；
[0025]图6是本专利技术实施例1中制备含高迁移数复合固态电解质的锂
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锂对称电池在0.5mA/cm2电流下的循环曲线；
[0026]图7是本专利技术实施例1中制备含高迁移数复合固态电解质的锂
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磷酸铁锂软包电池在C/3电流密度下首周和第100周充放电曲线；
[0027]图8是本专利技术实施例2中制备含高迁移数复合固态电解质的锂
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锂对称电池在1mA/cm2电流下的循环曲线；
[0028]图9是本专利技术实施例2中制备含高迁移数固态电解质的锂
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三元镍钴锰811氧化物软包电池在C/3电流密度下首周和第100周充放电曲线。
具体实施方式
[0029]实施例1
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高迁移数复合固态电解质，其特征在于，包括：含氧空位的无机物纤维、聚合物和锂盐。2.根据权利要求1所述的一种高迁移数复合固态电解质，其特征在于：所述含氧空位的无机物纤维选自含氧空位的单金属或多金属氧化物纤维、含氧空位的非金属含氧化合物纤维和含氧空位的无机固态电解质纤维，优选为含氧空位的氧化钛纤维和含氧空位的氧化硅纤维。所述含氧空位的无机物纤维含量的重量百分比为1％～60％，优选为10％～30％。所述含氧空位的无机物纤维的直径为0.05μm～2μm，优选为0.1μm～0.5μm。3.根据权利要求1所述的一种高迁移数复合固态电解质，其特征在于：所述聚合物为聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧化丙烯、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氟乙烯、聚(偏二氟乙烯
‑
共
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六氟丙烯)、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚醚砜、聚苯醚、聚芳纶、聚醚醚酮、纤维素等中的一种或多种。优选为聚氧化乙烯和聚偏二氟乙烯。所述聚合物的在复合固态电解质中的含量为5％～95％，优选为40％～70％。4.根据权利要求1所述的一种高迁移数复合固态电解质，其特征在于：所述锂盐为二草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂与高氯酸锂中的至少一种。优选为双三氟甲基磺酰亚胺锂、二草酸硼酸锂和三氟甲基磺酸锂。所述锂盐与聚合物重复单元的摩尔比为1:1～1:20，优选为1:1～1:14。5.一种高迁移数复合固态电解质制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在保护气氛环境中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红兵，马兴玉，付凯，魏建伟，张长彬，王昌辉，
申请(专利权)人：河南惠强新能源材料科技股份有限公司襄阳惠强新能源材料科技有限公司合肥惠强新能源材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：