一种复合固态电解质及其制备方法、固态电池以及用电设备技术

本申请提供一种复合固态电解质及其制备方法、固态电池以及用电设备，属于固态电池制造技术领域。复合固态电解质包括聚合物纳米纤维膜以及填充物，聚合物纳米纤维膜为多孔结构；填充物包括混合的聚多巴胺包覆的无机电解质、聚合物电解质和锂盐，填充物填充于多孔结构内，该复合固态电解质具有离子电导率较高的优势，相应地，其对应的电池具有较为优异的循环性能和倍率性能。环性能和倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种复合固态电解质及其制备方法、固态电池以及用电设备


[0001]本申请涉及固态电池制造
，具体而言，涉及一种复合固态电解质及其制备方法、固态电池以及用电设备。

技术介绍

[0002]固态电池由于具有安全性好、能量密度高以及循环性能强等优点，被认为是下一代最具潜力的动力电池，其中，固态电解质作为固态电池中的重要组成部分，其性能的高低直接决定了对应电池的电学性能的优劣。
[0003]目前，现有结构的固态电解质中的电解质颗粒分布散乱，大都无法形成连续的离子传输通道，导致固态电解质存在离子电导率欠佳的问题。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种复合固态电解质及其制备方法、固态电池以及用电设备，能够在一定程度上提升固态电解质的离子电导率。
[0005]本申请的实施例是这样实现的：
[0006]第一方面，本申请实施例提供一种复合固态电解质，包括聚合物纳米纤维膜以及填充物。聚合物纳米纤维膜为多孔结构；填充物包括混合的聚多巴胺包覆的无机电解质、聚合物电解质和锂盐，填充物填充于多孔结构内。
[0007]上述技术方案中，复合固态电解质包括具有多孔结构的聚合物纳米纤维膜，聚合物纳米纤维膜中的多孔结构相互连通形成一条条的连续通道，聚多巴胺包覆的无机电解质、聚合物电解质和锂盐均容纳于一条条的连续通道内，以便借助一条条的连续通道形成一条条连续的离子传输通道，相较于内部无法形成连续离子传输通道的固态电解质，本申请实施例提供的复合固态电解质具有较高的离子电导率，相应地，对应的电池具有更为优异的循环性能和倍率性能。
[0008]在一些可选的实施方案中，聚合物纳米纤维膜的孔隙率为70～90％。
[0009]上述技术方案中，将聚合物纳米纤维膜的孔隙率限定在特定范围内，以使其具有较为丰富的孔道结构，以使得填充料将相应孔道填充以后能够形成较为丰富的离子传输网络通道，从而有助于提升复合固态电解质的离子电导率。
[0010]在一些可选的实施方案中，聚合物纳米纤维膜的厚度为10～30μm，和/或，复合固态电解质的厚度为40～60μm。
[0011]上述技术方案中，将聚合物纳米纤维膜的自身厚度限定在特定范围内，以使其具有较为优异的机械性能，从而能够起到较好的骨架支撑作用，同时，借助优异的机械性能还能有效抑制锂枝晶生长。此外，本申请实施例提供的复合固态电解质的整体厚度能够缩减到40～60μm，相较于现有固态电解质(整体厚度通常在100μm左右)，具有厚度较小以及重量较轻等优势。
[0012]在一些可选的实施方案中，聚合物纳米纤维膜的材质含有大π键。
[0013]上述技术方案中，聚多巴胺包覆的无机电解质中的聚多巴胺包覆层具有大π键，采用具有大π键的材质的聚合物纳米纤维膜，能够借助聚多巴胺包覆层的大π键以及聚合物纳米纤维膜的大π键形成π
‑
π堆叠作用，以使得聚多巴胺包覆的无机电解质能够沿着孔道的延伸方向更加集中且均匀地分散在聚合物纳米纤维膜的孔道内，以便进一步提高形成的离子传输通道的连续性；同时，π
‑
π堆叠作用还有助于锂离子从聚合物电解质向聚多巴胺包覆的无机电解质迁移。通过两个方面的共同作用，能够更好地提升复合固态电解质的离子电导率。
[0014]在一些可选的实施方案中，聚合物纳米纤维膜的材质包括环化聚丙烯腈、聚酰亚胺和聚氨酯中的至少一种。
[0015]上述技术方案中，上述材质的聚合物纳米纤维膜，不仅具有大π键，而且还具有高热稳定性、高化学稳定性以及高机械强度等优势，以使得固态电解质具有更为优异的综合电学性能。
[0016]在一些可选的实施方案中，聚多巴胺包覆的无机电解质中，无机电解质的材质包括NASICON型氧化物电解质、Garnet型氧化物电解质、钙钛矿型氧化物电解质、硫银锗矿型硫化物电解质和LGPS型硫化物电解质中的至少一种。
[0017]上述技术方案中，本申请实施例提供的技术方案适用于上述多种材质的无机电解质，能够提供较多的可实施方案，从而便于对本申请实施例提供的技术方案进行推广和应用。
[0018]在一些可选的实施方案中，聚多巴胺包覆的无机电解质中，聚多巴胺包覆层的厚度为2～5nm，和/或，无机电解质的形状为球形，且无机电解质的直径为80～120nm。
[0019]上述技术方案中，将聚多巴胺包覆层的厚度以及球形无机电解质的直径分别限定在特定范围内，以使得聚多巴胺包覆的无机电解质具有较为适宜的尺寸，从而提高其分散均匀性，同时，适宜的尺寸也有助于聚多巴胺包覆的无机电解质填充孔道，以便更好地提升复合固态电解质的离子电导率。
[0020]第二方面，本申请实施例提供一种如第一方面实施例提供的复合固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0021]提供聚合物纳米纤维膜；将聚多巴胺包覆的无机电解质、聚合物电解质和锂盐加入溶剂中并混合，得到浆料；以及将聚合物纳米纤维膜浸没于浆料中，以使浆料进入多孔结构内，然后，对浸渍浆料后的中间体进行干燥。
[0022]上述技术方案中，按照上述工艺进行制备，能够制备得到一种具有较高离子电导率的复合固态电解质，以使对应电池具有较为优异的循环性能以及倍率性能。
[0023]在一些可选的实施方案中，浆料中，溶质与溶剂的质量之比为(1～2):10。
[0024]上述技术方案中，将溶质与溶剂的质量比限定在特定范围内，以使得浆料具有适宜的黏度，从而便于浆料进入聚合物纳米纤维膜的多孔结构内，以发挥更好的填充效果，进而提高形成的离子传输通道的连续性。
[0025]在一些可选的实施方案中，聚多巴胺包覆的无机电解质和聚合物电解质的质量之比为1：(3～4)，和/或，聚多巴胺包覆的无机电解质和锂盐的质量之比为1：(2～3)。
[0026]上述技术方案中，分别将聚多巴胺包覆的无机电解质和聚合物电解质的质量比以及聚多巴胺包覆的无机电解质和锂盐的质量比限定在特定范围内，能够使得各个组分均具
有适宜的质量占比，以便通过三者的共同作用使得复合固态电解质具有更为优异的离子电导率。
[0027]在一些可选的实施方案中，将聚合物纳米纤维膜浸没于浆料中，以使浆料进入多孔结构内的步骤采用真空浸渍的方式来实现。
[0028]上述技术方案中，采用真空浸渍的方式来使得浆料进入多孔结构内，具有填充效率高以及填充均匀性好等优势，从而有助于形成连续的离子传输通道。
[0029]第三方面，本申请实施例提供一种固态电池，包括如第一方面实施例提供的电极组件以及壳体，电极组件容纳于壳体内。
[0030]第四方面，本申请实施例提供一种用电设备，包括如第三方面实施例提供的固态电池。
具体实施方式
[0031]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合固态电解质，其特征在于，包括：聚合物纳米纤维膜，所述聚合物纳米纤维膜为多孔结构；填充物，所述填充物包括混合的聚多巴胺包覆的无机电解质、聚合物电解质和锂盐，所述填充物填充于所述多孔结构内。2.根据权利要求1所述的复合固态电解质，其特征在于，所述聚合物纳米纤维膜的孔隙率为70～90％。3.根据权利要求1所述的复合固态电解质，其特征在于，所述聚合物纳米纤维膜的厚度为10～30μm，和/或，所述复合固态电解质的厚度为40～60μm。4.根据权利要求1～3中任一项所述的复合固态电解质，其特征在于，所述聚合物纳米纤维膜的材质含有大π键。5.根据权利要求4所述的复合固态电解质，其特征在于，所述聚合物纳米纤维膜的材质包括环化聚丙烯腈、聚酰亚胺和聚氨酯中的至少一种。6.根据权利要求1～3中任一项所述的复合固态电解质，其特征在于，所述聚多巴胺包覆的无机电解质中，无机电解质的材质包括NASICON型氧化物电解质、Garnet型氧化物电解质、钙钛矿型氧化物电解质、硫银锗矿型硫化物电解质和LGPS型硫化物电解质中的至少一种。7.根据权利要求1～3中任一项所述的复合固态电解质，其特征在于，所述聚多巴胺包覆的无机电解质中，聚多巴胺包覆层的厚度为2～5nm，和/...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕舜，史刘嵘，
申请(专利权)人：广汽埃安新能源汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：