一种复合固态电解质膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于锂电池相关技术领域，其公开了一种复合固态电解质膜及其制备方法与应用，所述电解质膜的制备原料包括纤维素、固体酸纳米颗粒、阻燃添加剂、电解质添加剂、锂盐及溶剂。本发明专利技术制备时是以天然高分子聚合物为基体，固体酸为填料，并含有阻燃添加剂等原料，得到的复合固态电解质膜具有对环境友好的特性，还有不可燃烧的特性，可以大大提高电池的环保性和安全性。安全性。安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种复合固态电解质膜及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于锂电池相关
，更具体地，涉及一种复合固态电解质膜及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着电动汽车的大规模推广，锂电池作为动力电池被大量使用，所以锂离子电池的安全性成为电池的一项重要性能指标。传统锂离子电池含大量的可燃有机液态电解质，可能发生漏液、起火的安全事故。为了避免此类安全事故的发生，研究人员提出固态电解质来替代传统的液态电解质，发展固态锂离子电池解决电池的安全问题。而且固态电解质机械强度较好，可以阻挡锂枝晶，可以解决使用锂金属负极时，锂枝晶刺穿隔膜，造成电池短路从而造成安全事故的问题。使用锂负极将使电池能量密度更高，使电动汽车从目前500km续航增加到1000km。丰田、松下、本田、LG、宝马、大众，以及宁德时代、比亚迪等动力电池巨头，均已布局了固态电池，所以固态电池将是锂电池发展的未来趋势。
[0003]固态电池电解质分为无机固态电解质、聚合物固态电解质和复合固态电解质。无机固态电解质存在脆性大、不易加工的缺点，聚合物固态则存在电化学窗口低，离子电导率低，迁移数低等缺点，而复合电解质则将有无机填料与聚合物基体进行复合，使其综合了两者的优点：具有柔性易加工，离子电导率高，迁移数高的特点。复合固态电池被认为是最接近实用化的固态电池。但是传统的聚合物基复合固态电解质含有机高分子，也是可燃的，依然有安全隐患；而且依然面临着聚合物电解质同样的问题，室温离子电导率低，电化学窗口低，不耐高压，与三元正极匹配后循环性能不好，而且与锂金属负极也不够稳定。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种复合固态电解质膜及其制备方法与应用，其制备时是以天然高分子聚合物为基体，固体酸为填料，并含有阻燃添加剂等原料，得到的复合固态电解质膜具有对环境友好的特性，还有不可燃烧的特性，可以大大提高电池的环保性和安全性。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种复合固态电解质膜，所述电解质膜的制备原料包括纤维素、固体酸纳米颗粒、阻燃添加剂、电解质添加剂、锂盐及溶剂。
[0006]进一步地，所述纤维素是由天然高分子衍生而来的。
[0007]进一步地，所述纤维素包括乙酸纤维素、三乙酸纤维素及羧甲基纤维素中的任一种或者多种。
[0008]进一步地，所述固体酸颗粒包括硫酸酸化的二氧化钛、二氧化硅、三氧化二铝中的任意一种或两种。
[0009]进一步地，所述阻燃添加剂包括磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯中的一种或多种。
[0010]进一步地，所述电解质添加剂为氟代碳酸乙烯酯或者碳酸亚乙烯酯。
[0011]进一步地，所述纤维素、所述固体酸颗粒、所述阻燃添加剂、所述电解质添加剂及所述锂盐的质量之比为(10～50)：(1～30)：(20～80)：(0.1～10)：(5～40)。
[0012]进一步地，所述锂盐为双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂中的一种或多种；所述溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺、二氯甲烷、二甲基亚砜中的一种或两种。
[0013]本专利技术还提供了一种如上所述的复合固态电解质膜的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0014]步骤一，将溶剂、阻燃添加剂及电解质添加剂混合并搅拌均匀；
[0015]步骤二，将锂盐加入步骤一搅拌得到的溶液中后继续进行搅拌以使得锂盐完全溶解；
[0016]步骤三，将纤维素加入步骤二得到的溶液中后继续搅拌至完全溶解；
[0017]步骤四，向步骤三得到的溶液中加入固体酸纳米颗粒后继续搅拌至固体酸纳米颗粒均匀分散；
[0018]步骤五，将步骤四搅拌均匀的溶液倒入聚四氟乙烯的模具中，放入真空烘箱中40～90摄氏度下烘干，以得到所述复合固体电解质膜。
[0019]本专利技术还提供了一种如上所述的复合固态电解质膜在锂电池中的应用。
[0020]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的复合固态电解质膜及其制备方法与应用主要具有以下有益效果：
[0021]1.复合固态电解质隔膜含有无机固体酸纳米颗粒和阻燃添加剂，具有优良的阻燃效果，该电解质完全不可燃，使电池具有高安全特性。
[0022]2.固体酸纳米颗粒作为复合固态电解质膜填料时由于其表面具有超强的路易斯酸性位点，可以束缚复合固态电解质中阴离子的移动，从而提升了锂离子的迁移数。
[0023]3.固体酸纳米颗粒包括硫酸酸化的二氧化钛(S
‑
TiO2)、二氧化硅(S
‑
SiO2)、三氧化二铝(S
‑
Al2O3)中的任意一种或两种；固体酸作为填料，不仅具备纯的TiO2、SiO2、Al2O3作为复合固态电解质填料时协助锂离子传导，降低界面阻抗以及增加机械强度的作用，还由于其表面具有超强的路易斯酸性位点，可以束缚复合固态电解质中阴离子的移动，从而提升锂离子迁移数。
[0024]4.纤维素为乙酸纤维素、三乙酸纤维素、羧甲基纤维素中的任一个，这些纤维素上含有醚基(
‑
O
‑
)、羧基(
‑
COOH)、羰基(C＝O)、羟基(
‑
OH)等丰富的含氧基团，有利于锂盐的解离和传导。
[0025]5.阻燃添加剂不仅可以起到阻燃的作用，还能够起到塑化剂的作用，提升膜的柔韧性，易于加工。
[0026]6.所制备的复合固态电解质通过使用电化学稳定的改性的天然高分子作为复合电解质隔膜基体，使具有高电压窗口能与高压高容量的NCM811进行匹配；通过添加剂与锂盐的作用使NCM811和金属锂表面形成好的CEI层和SEI层，使电池能够在快速充放电条件下实现稳定长循环，具有成为实用化的固态锂金属电池的潜力。
附图说明
[0027]图1是本专利技术实施例1所组装的锂/不锈钢电池进行LSV与常规含有聚合体基体的
电池进行LSV所得到的结果对比图；
[0028]图2是本专利技术实施例1组成的电池1C充放电200圈的示意图；
[0029]图3是本专利技术实施例2组成的电池1C充放电200圈的示意图；
[0030]图4是本专利技术实施例3组成的电池1C充放电200圈的示意图；
[0031]图5是对比例PP隔膜液态电池1C充放电200圈的示意图。
具体实施方式
[0032]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0033]本专利技术提供了一种复合固态电解质膜，所述电解质膜的制备原料包括纤维素、固体酸纳米颗粒、阻燃添加剂、电解质添加剂、锂盐及溶剂。其中，所述纤维素是由天然高分子衍生而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合固态电解质膜，其特征在于：所述电解质膜的制备原料包括纤维素、固体酸纳米颗粒、阻燃添加剂、电解质添加剂、锂盐及溶剂。2.如权利要求1所述的复合固态电解质膜，其特征在于：所述纤维素是由天然高分子衍生而来的。3.如权利要求2所述的复合固态电解质膜，其特征在于：所述纤维素包括乙酸纤维素、三乙酸纤维素及羧甲基纤维素中的任一种或者多种。4.如权利要求1所述的复合固态电解质膜，其特征在于：所述固体酸颗粒包括硫酸酸化的二氧化钛、二氧化硅、三氧化二铝中的任意一种或两种。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的复合固态电解质膜，其特征在于：所述阻燃添加剂包括磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯中的一种或多种。6.如权利要求1
‑
4任一项所述的复合固态电解质膜，其特征在于：所述电解质添加剂为氟代碳酸乙烯酯或者碳酸亚乙烯酯。7.如权利要求1
‑
4任一项所述的复合固态电解质膜，其特征在于：所述纤维素、所述固体酸颗粒、所述阻燃添加剂、所述电解质添加剂及所述锂盐的质量之比为(10～50)：(1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：许恒辉，胡怡，黄云辉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：