一种原位聚合自支撑固态电解质膜的制备方法和应用技术

一种原位聚合自支撑固态电解质膜的制备方法和应用，其方法是通过将固体快离子导体与自聚合凝胶电解质溶液混合压制成型后，利用光照和高温实现原位聚合，制备得到自支撑固态电解质膜，该工艺简单、操作简单、成本低廉、快速高效，极具规模化生产的潜力；由于自支撑固态电解质膜制备过程中压制成型，可以通过压制工序实现对电介质膜厚度的控制，能够降低其阻抗，提高柔韧性，从而实现电池性能的优化；由于引入原位聚合工艺实现电解质固化，有效避免了其他工艺中固化过程时溶剂的挥发，也避免了对溶剂的回收，从而降低了生产成本。从而降低了生产成本。从而降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种原位聚合自支撑固态电解质膜的制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及新能源电池
，具体涉及一种原位聚合自支撑固态电解质膜的制备方法和应用。

技术介绍

[0002]固态电池由正极集流体、正极活性材料、固态电解质、负极活性材料、负极集流体组成，由于固态电解质材料具有高安全性，通过固态电解质代替液态电解质有望解决传统电池液态电解质易挥发并且易燃，造成爆炸失火的安全隐患，以及在高容量和高能量密度体系下，锂离子电池存在胀气、漏液、内短路导致热失控的风险等安全问题，因此，固态电池是目前公认的未来动力电池的主流技术路线。
[0003]现有固态电解质一般分为有机固态电解质、有机
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无机固态电解质和无机固体电解质。无机固体电解质包括氧化物固体电解质、硫化物固体电解质及氯化物固体电解质等，其中氧化物固体电解质具有最好的安全性、稳定性和耐高电压性，受到业界的广泛关注，但应用该固体电解质依然存在难点，存在如何简化固态电解质的制备工艺、提升其电化学性能及机械性能、控制其厚度等的挑战。
[0004]目前，固体电解质通过压制、流延等方法预先制备成膜，再通过高温煅烧形成固体电解质隔膜，此种方法制备的固体电解质膜存在厚度大，硬而脆，难弯曲，制备工艺繁琐，界面电阻大等缺陷，导致应用受限。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种原位聚合自支撑固态电解质膜的制备方法和应用，解决了现有技术中固态电解质膜制备工艺困难、柔韧性差、固固界面阻抗大、电池循环性差等问题。
[0006]根据第一方面，本专利技术提供一种原位聚合自支撑固态电解质膜的制备方法，包括以下步骤：制备自聚合凝胶电解质溶液；将固体快离子导体与所述自聚合凝胶电解质溶液混合，并压制成型为未聚合的复合固态电解质前驱体；将所述未聚合的复合固态电解质前驱体置于光照区，使未聚合的复合固态电解质前驱体在光照作用下原位聚合，以形成预聚合的固态电解质；将所述预聚合的固态电解质置于高温区，使预聚合的固态电解质在高温作用下聚合以形成完全聚合的固态电解质；对所述完全聚合的固态电解质致密化处理以形成自支撑固态电解质膜。
[0007]一种实施例中，所述制备自聚合凝胶电解质溶液包括将聚合单体、引发剂、偶联剂、助剂、锂盐按比例混合均匀以获得自聚合凝胶电解质溶液。
[0008]一种实施例中，所述聚合单体、引发剂、偶联剂、助剂、锂盐按质量配比的占比分别是30
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60%、0.5
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1%、1
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10%、30
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60%、5
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20%。
[0009]一种实施例中，所述将固体快离子导体与所述自聚合凝胶电解质溶液混合，并压制成型为未聚合的复合固态电解质前驱体包括：将所述固体快离子导体和自聚合凝胶电解质溶液按比例混合均匀为前驱体浆料；将所述前驱体浆料挤压成型为片状结构；以及将所述片状结构压制为有一定厚度的未聚合的复合固态电解质前驱体。
[0010]一种实施例中，所述固体快离子导体和自聚合凝胶电解质溶液的质量分数比为3:7
‑ꢀ
4:6；将所述前驱体浆料挤压成型为片状结构包括通过双螺杆挤出机将所述前驱体浆料挤压成型，所述双螺杆挤出机的腔内温度为20
‑
30℃，双螺杆挤出机的机头厚度为0.5
‑
1mm；所述未聚合的复合固态电解质前驱体的厚度为≤300μm。
[0011]一种实施例中，将所述未聚合的复合固态电解质前驱体置于光照区，使未聚合的复合固态电解质前驱体在光照作用下原位聚合，以形成预聚合的固态电解质包括：将所述未聚合的复合固态电解质前驱体置于设有紫外光源的光照区进行紫外照射聚合，照射聚合的时间为10
‑
60s，所述光照区设有至少两组紫外光源，两组所述紫外光源分别置于所述复合固态电解质前驱体的两侧。
[0012]一种实施例中，所述高温区的温度为40
‑
80℃，高温聚合的时间为6
‑
24h。
[0013]一种实施例中，对所述完全聚合的固态电解质致密化处理以形成自支撑固态电解质膜包括：对所述完全聚合的固态电解质进行辊压压实以致密化，辊压压实时的压力为0.1
‑
10MPa。
[0014]一种实施例中，所述聚合单体为丙烯酸丁酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸三氟乙酯、季戊四醇三丙烯酸酯中的一种或多种；所述引发剂为二苯甲酮、硫杂蒽酮类、樟脑孔醌、双咪唑中的一种或多种；所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、丙烯基三乙氧基硅烷、丙烯基三甲氧基硅烷中的一种或多种；所述助剂为碳酸酯类、醚类、砜类、酰胺类、离子液体中的一种或多种；所述锂盐为双氟磺酰亚胺锂盐、双三氟甲基磺酸亚酰胺锂、四氟化硼酸锂、六氟化砷酸锂中的一种或多种。
[0015]一种实施例中，所述固体快离子导体为钙钛矿型、NASICON型、LISICON型、石榴石型固态电解质中的一种或多种；所述固体快离子导体的固含量为40
‑
70%。
[0016]根据第二方面，本专利技术提供一种原位聚合自支撑固态电解质膜的制备方法制备的自支撑固态电解质膜的应用。
[0017]依据上述实施例中的一种原位聚合自支撑固态电解质膜的制备方法，通过将固体快离子导体与自聚合凝胶电解质溶液混合压制成型后，利用光照和高温实现原位聚合，制备得到自支撑固态电解质膜，该工艺简单、操作简单、成本低廉、快速高效，极具规模化生产的潜力；由于自支撑固态电解质膜制备过程中压制成型，可以通过压制工序实现对电介质膜厚度的控制，能够降低其阻抗，提高柔韧性，从而实现电池性能的优化；由于引入原位聚合工艺实现电解质固化，有效避免了其他工艺中固化过程时溶剂的挥发，也避免了对溶剂的回收，从而降低了生产成本。
附图说明
[0018]图1为自支撑固态电解质膜的制备流程图；图2为实施例一中自支撑固态电解质膜的SEM图；
图3为实施例一和实施例二中不同比例的自支撑固态电解质膜的阻抗图；图4为实施例四中不同比例的自支撑固态电解质膜的阻抗图；图5为实施例四中全固态电池的循环性能图；图6为自支撑固态电解质膜连续生产工艺设备示意图。
具体实施方式
[0019]下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
[0020]另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式，各实施例所涉及的操本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位聚合自支撑固态电解质膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备自聚合凝胶电解质溶液；将固体快离子导体与所述自聚合凝胶电解质溶液混合，并压制成型为未聚合的复合固态电解质前驱体；将所述未聚合的复合固态电解质前驱体置于光照区，使未聚合的复合固态电解质前驱体在光照作用下原位聚合，以形成预聚合的固态电解质；将所述预聚合的固态电解质置于高温区，使预聚合的固态电解质在高温作用下聚合以形成完全聚合的固态电解质；对所述完全聚合的固态电解质致密化处理以形成自支撑固态电解质膜。2.如权利要求1所述的一种原位聚合自支撑固态电解质膜的制备方法，其特征在于，所述制备自聚合凝胶电解质溶液包括将聚合单体、引发剂、偶联剂、助剂、锂盐按比例混合均匀以获得自聚合凝胶电解质溶液。3.如权利要求2所述的一种原位聚合自支撑固态电解质膜的制备方法，其特征在于，所述聚合单体、引发剂、偶联剂、助剂、锂盐按质量配比的占比分别是30
‑
60%、0.5
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1%、1
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10%、30
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60%、5
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20%。4.如权利要求1所述的一种原位聚合自支撑固态电解质膜的制备方法，其特征在于，所述将固体快离子导体与所述自聚合凝胶电解质溶液混合，并压制成型为未聚合的复合固态电解质前驱体包括：将所述固体快离子导体和自聚合凝胶电解质溶液按比例混合均匀为前驱体浆料；将所述前驱体浆料挤压成型为片状结构；以及将所述片状结构压制为有一定厚度的未聚合的复合固态电解质前驱体。5.如权利要求4所述的一种原位聚合自支撑固态电解质膜的制备方法，其特征在于，所述固体快离子导体和自聚合凝胶电解质溶液的质量分数比为3:7
‑ꢀ
4:6；将所述前驱体浆料挤压成型为片状结构包括通过双螺杆挤出机将所述前驱体浆料挤压成型，所述双螺杆挤出机的腔内温度为20
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30℃，双螺杆挤出机的机头厚度为0.5
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1mm；所述未聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓光，杨立鹏，关豪元，赖毅梅，蓝威杰，孙逢春，
申请(专利权)人：北京理工大学深圳汽车研究院电动车辆国家工程实验室深圳研究院，
类型：发明
国别省市：