一种层状氧化物电解质半固态隔膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种层状氧化物电解质半固态隔膜及其制备方法和应用，涉及锂离子电池领域。所述半固态隔膜包括基膜、涂覆于所述基膜一面的第一涂层及涂覆于所述基膜另一面的第二涂层，其中，所述基膜为热塑性树脂多孔膜，所述第一涂层为含有无机氧化物材料的涂层，所述第二涂层为含有层状氧化物电解质材料的涂层。本发明专利技术的层状氧化物电解质半固态隔膜，通过在热塑性树脂多孔膜双面涂覆制备的层状氧化物电解质半固态隔膜，可降低锂电池中液态电解质的含量，改善电池的安全性能和循环性能。改善电池的安全性能和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种层状氧化物电解质半固态隔膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池领域，具体涉及一种层状氧化物电解质半固态隔膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池是目前最便捷的储能装置，具有高的能量密度，主导着从电子产品到电动汽车的电源市场，是运用最广泛的商业储能体系。传统的液态LiBs具备良好的离子导电率、高比能、长寿命以及环境友好等特点，然而由于液态有机电解质易燃、化学副反应不可控以及锂枝晶生长易引起内部短路，LiBs存在巨大的安全隐患。
[0003]半固态电池可以有效降低锂离子电池中液态电解液用量，可以有效将液态电解液可能引发的安全隐患降低，在遇到过充过放、撞击、碾压和穿刺等非正常使用情况时不会发生爆炸。半固态凝胶电解质亦可以在很大程度上抑制锂枝晶的生长，进一步提升电池的安全性能。公开号为CN110112421A的中国专利报道的一种含无机固体电解质、聚合物、锂盐的活性层与正负极组装后经注液制备成的固液混合电池以提高电池的安全性能和循环性能。其能够在一定程度上提升锂离子电池的安全性能，但固体电解质在室温离子电导率不及液态电解液的几分之一甚至几十分之一，导致电池高倍率充放电和低温性能都有所欠佳。
[0004]半固态电池作为下一代锂离子电池技术的代表，具有能量密度高、安全性好等特点，因此备受瞩目。隔膜作为半固态电池中重要且昂贵的关键部件之一，具有分隔正负极活性物质、选择性地允许特定的离子通过以形成导电回路的功能，同时需具备电子绝缘。在半固态电池中，隔膜的质量直接关系到电池的性能和寿命。
[0005]因此，开发出一种新的半固态电池隔膜，以解决上述生产的锂离子液态电池存在能量密度低、安全性差等问题，是本专利技术亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供的一种层状氧化物电解质半固态隔膜及其制备方法和应用，旨在解决上述
技术介绍
中存在的问题。
[0007]为了实现上述技术目的，本专利技术主要采用如下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术公开了一种层状氧化物电解质半固态隔膜，所述半固态隔膜包括基膜、涂覆于所述基膜一面的第一涂层及涂覆于所述基膜另一面的第二涂层，其中，所述基膜为热塑性树脂多孔膜，所述第一涂层为含有无机氧化物材料的涂层，所述第二涂层为含有层状氧化物电解质材料的涂层。
[0009]在本专利技术的较佳实施方式中，所述热塑性树脂多孔膜为为聚烯烃单层多孔膜或聚烯烃多层多孔膜。
[0010]在本专利技术的较佳实施方式中，所述第一涂层采用如下方法制备：按重量计，将20
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50份无机氧化物材料、5
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15份粘结剂、0.5
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2份表面活性剂、0.1
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1份分散剂加入到30
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70份超纯水中，搅拌均匀制得第一涂层浆料；所述无机氧化物材料选自氧化铝、氧化钛、氧化硅、
勃姆石、氧化镁、氧化锆中的至少一种，且所述无机氧化物材料颗粒的粒径为0.2um≤D50≤5um，优选0.4um≤D50≤0.9um，最优选为650nm≤D50≤800nm。
[0011]在本专利技术的较佳实施方式中，所述第二涂层采用如下方法制备：按重量计，将25
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55份层状氧化物电解质材料、5
‑
15份粘结剂、0.5
‑
2份表面活性剂、0.1
‑
1份分散剂加入到30
‑
65份超纯水中，搅拌均匀制得第二涂层浆料；所述层状氧化物电解质材料选自LLZO、LATP、LLTO、LAGP中至少一种，且所述层状氧化物电解质材料颗粒的粒径为0.2um≤D50≤8um，优选0.3um≤D50≤0.8um，最优选为500nm≤D50≤600nm。
[0012]在本专利技术的较佳实施方式中，所述粘结剂为巴斯夫粘结剂、丙烯腈粘结剂、环氧树脂类粘结剂中的一种或多种；所述表面活性剂为聚氧乙烯乙基醚、甘油、聚乙二醇醚、硬脂醇等中的一种或多种；所述分散剂为TH
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904、BYK分散剂中的一种。
[0013]第二方面，本专利技术公开了一种如第一方面所述的层状氧化物电解质半固态隔膜的制备方法，将所述第一涂层和第二涂层分别涂覆在基膜的表面，烘干。
[0014]在本专利技术的较佳实施方式中，所述第一涂层或第二涂层的涂覆厚度为0.5
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7um，涂覆线速度为5
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50米/分钟；烘干温度为50
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80℃。
[0015]第三方面，本专利技术公开了一种如第一方面所述的层状氧化物电解质半固态隔膜在制备半固态电池中的应用。
[0016]在本专利技术的较佳实施方式中，所述半固态电池包括正极片、层状氧化物电解质半固态隔膜、负极片和电解液；所述层状氧化物电解质半固态隔膜位于正极片和负极片之间；所述电解液位于正极片和层状氧化物电解质半固态隔膜之间、负极片和层状氧化物电解质半固态隔膜之间，且靠近所述负极片一侧的层状氧化物电解质半固态隔膜为涂覆有第一涂层的基膜；靠近所述正极片一侧的层状氧化物电解质半固态隔膜为涂覆有第二涂层的基膜。
[0017]第四方面，本专利技术公开了一种利用如第一方面所述的层状氧化物电解质半固态隔膜制备半固态电池的方法，包括如下步骤：
[0018]将负极片、层状氧化物电解质半固态隔膜、正极片采用叠片工艺进行组装，随后注入电解液，得到半固态电池半成品；
[0019]将制备的半固态电池半成品在温度50
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85℃加热，进行原位聚合反应，反应时间5min
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48h，然后于温度为20
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25℃条件下，静止时间为1
‑
3天，在电池放电1C倍率下进行化成分容，得到半固态电池。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0021]1、本专利技术的层状氧化物电解质半固态隔膜，通过在热塑性树脂多孔膜双面涂覆制备的层状氧化物电解质半固态隔膜，可降低锂电池中液态电解质的含量，改善电池的安全性能和循环性能。
[0022]2、本专利技术的层状氧化物电解质半固态隔膜，第一涂层中的无机氧化物材料与基膜之间形成稳定的三维结构，在锂电池充放电过程中与电解液发生氧化还原反应生成致密的SEI膜，可以将更多的液态电解液锁定在电池内部，减少泄露风险和电解液与电极的分解反应，显著提升电池的安全性能；第二涂层为层状氧化物电解质材料，在高温条件下，正极材料发生相变释放活性氧时，与活性氧发生反应，能够阻止电池内部产生的气体串扰，从而避免电池热失控的发生，同时可以增强离子导电性，提升电池的能量密度。
具体实施方式
[0023]下面以具体实施案例对本专利技术的技术方案作进一步说明，但是实施例具体细节仅为了说明本专利技术，并不代表本专利技术构思下的全部技术方法。因此不应理解为对本专利技术总的技术方案限定。
[0024]需要说明的是，实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，实施例中所用的材料、试剂等，如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种层状氧化物电解质半固态隔膜，其特征在于：所述半固态隔膜包括基膜、涂覆于所述基膜一面的第一涂层及涂覆于所述基膜另一面的第二涂层，其中，所述基膜为热塑性树脂多孔膜，所述第一涂层为含有无机氧化物材料的涂层，所述第二涂层为含有层状氧化物电解质材料的涂层。2.根据权利要求1所述的层状氧化物电解质半固态隔膜，其特征在于：所述热塑性树脂多孔膜为为聚烯烃单层多孔膜或聚烯烃多层多孔膜。3.根据权利要求1所述的层状氧化物电解质半固态隔膜，其特征在于，所述第一涂层采用如下方法制备：按重量计，将20
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50份无机氧化物材料、5
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15份粘结剂、0.5
‑
2份表面活性剂、0.1
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1份分散剂加入到30
‑
70份超纯水中，搅拌均匀制得第一涂层浆料；所述无机氧化物材料选自氧化铝、氧化钛、氧化硅、勃姆石、氧化镁、氧化锆中的至少一种，且所述无机氧化物材料颗粒的粒径为0.2um≤D50≤5um。4.根据权利要求1所述的层状氧化物电解质半固态隔膜，其特征在于，所述第二涂层采用如下方法制备：按重量计，将25
‑
55份层状氧化物电解质材料、5
‑
15份粘结剂、0.5
‑
2份表面活性剂、0.1
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1份分散剂加入到30
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65份超纯水中，搅拌均匀制得第二涂层浆料；所述层状氧化物电解质材料选自LLZO、LATP、LLTO、LAGP中至少一种，且所述层状氧化物电解质材料颗粒的粒径为0.2um≤D50≤8um。5.根据权利要求3或4任一项所述的层状氧化物电解质半固态隔膜，其特征在于，所述粘结剂为巴斯夫粘结剂、丙烯腈粘结剂、环氧树脂类粘结剂中的一种或多种；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红兵，王聪，张月，王宜，黄迪遥，付凯，
申请(专利权)人：合肥惠强新能源材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：