一种用于固态锂金属电池的固态电解质及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种对锂金属负极稳定的复合固态聚合物电解质及其制备方法，属于应用于固态锂金属电池技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种用于固态锂金属电池的固态电解质及制备方法


[0001]本专利技术属于固态金属电池电化学能量存储领域，具体涉及一种用于固态锂电池的复合固态电解质及其制备方法
。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为能量存储设备在现代生活中发挥着至关重要的作用
。
传统锂离子电池使用的液体电解液容易泄漏
、
易燃，给电池带来严重的安全隐患
。
采用不可燃的固态电解质替代传统液态电解液有望彻底提升锂电池的安全性能
。
此外，采用高比容量的锂金属负极有望进一步突破传统锂锂电池的能量密度瓶颈
。
然而，传统液态电解液与锂金属的高反应活性及其高压正极的不匹配限制了锂金属负极的应用
。
高性能固体电解质的发展对提高电池的安全性能和能量密度具有重要意义
。
一般来说，使用固态电解质代替液态电解液时，有以下优势
。
首先，固态电解质的机械刚性会抑制锂枝晶的生长
。
其次，常规液态电解液中由于锂离子转移数低而产生的浓度极化问题，可以通过单离子导电固态电解质来解决
。
第三，固态电解质的电化学和热稳定性的有利于拓宽电化学稳定窗口，改善与电极的界面相
。
[0003]固态电解质通常分为无机陶瓷电解质和聚合物电解质两大类，陶瓷电解质具有电导率高
、
电化学稳定性好的优势，但脆性较大
。
聚合物电解质机械柔性好，易于与电极材料形成贴好度高的界面，但是室温离子电导率较低
。
将有机聚合物与无机陶瓷电解质复合，有望结合两者的优势，制备具有优异机械性能和电化学稳定性的高离子导固态电解质，然而，目前有机
‑
无机复合固态电解质面临着室温离子导电导率低，界面
SEI
膜不稳定，循环性能差的问题亟待解决
。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种能够有效改善界面反应并提高离子电导率的用于固态锂金属电池的复合固态电解质的制备方法，本专利技术的另一个目的是提供上述制备方法制备得到的复合固态电解质
。
[0005]技术方案：本专利技术所述的一种用于固态锂电池的复合固态正极的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)
取聚合物基底
、
无机填料
、
锂盐
、
分散剂进行充分混合，得到混合溶液，在
60℃
下搅拌；
[0007](2)
将步骤
(1)
的混合物进行涂布成膜；
[0008](3)
将步骤
(2)
得到的膜真空干燥得到固态电解质膜；
[0009](4)
将步骤
(3)
得到的固态电解质膜进行裁片
。
[0010]进一步的，所述有机成分为乙烯
‑
六氟丙烯共聚物
(PVDF
‑
HFP)
和氟化碳酸酯络合的新结构相的聚合物
。
[0011]进一步的，所述氟化碳酸酯为氟代碳酸乙烯酯
(FEC)
或甲基三氟乙基碳酸酯
[0031]将
PVDF
‑
HFP、LATP、LiTFSI、DMF、FEC
按
80∶8∶80∶60∶3
的质量比称重，混合充分放置在磁力搅拌器上，在
60℃
下搅拌
24h
；随后置于自动涂布机上流延成型成膜，成膜厚度约为
50
μ
m
；然后转移至真空烘箱于
60℃
下烘干
48h
；裁片得到固态电解质膜
。
[0032]本实施例制备的复合固态电解质
SEM
图如图1所示，复合固态电解质表面均匀，显示出多孔但相互连接的微结构，有助于离子传输
。
[0033]本实施例制备的复合固态电解质的
XRD
衍射图如图2所示，检测到
18
°
、20
°
和
40
°
附近的特征峰，表明基体包括
α
相
PVDF
‑
HFP。
[0034]本实施例制备的复合固态电解质力学性能图如图3所示，断裂伸长率为
214.88
％，拉伸模量为
13.12MPa。
[0035]本实施例制备的复合固态电解质锂锂对称电池的循环性能图如图4所示，在室温和
2mA/cm2电流条件下循环
500h
仍保持相对稳定的循环，极化电压为约
0.2V。
[0036]本实施例制备的复合固态半电池的交流阻抗如图5所示，室温阻抗为
6.5
Ω
，室温离子电导率为
0.77mS/cm
，
50℃
下阻抗为
4.1
Ω
，离子电导率为
1.2mS/cm。
[0037]组装固态锂电池，正极为磷酸铁锂
LiFePO4，负极为锂金属
。
将组装的固态锂电池在
30℃
下测试充放电性能，如图6所示，在
12C(1C
＝
140mAh/g)
比电流下放电比容量为
111.7mAh/g
，循环
1800
次后放电比容量为
106.1mAh/g
，容量保持率为
95
％
。
[0038]将组装的固态锂电池在常温下测试倍率性能，如图7所示，在1，2，4，6，8，
10C
比电流下，比容量分别为
92.73
，
83.51
，
70.42
，
58.28
，
47.05
，
36.01mAh/g。
[0039]实施例2[0040]将
PVDF
‑
HFP、LATP、LiTFSI、DMF、FEMC
按
80∶8∶80∶60∶3
的质量比称重，混合充分放置在磁力搅拌器上，在
60℃
下搅拌
24h
；随后置于自动涂布机上流延成型成膜，成膜厚度约为
50
μ
m
；然后转移至真空烘箱于
60℃
下烘干
48h
；裁片得到固态电解质膜
。
[0041]组装固态锂电池，正极为磷酸铁锂
LiFePO4，负极为锂金属
。
[0042]将组装的固态锂电池在常温下测试充放电曲线，在
12C(1C
＝
140mAh/g)
比电流下首次放电比容本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于固态锂电池的有机
‑
氟代碳酸酯
‑
无机填料络合的固态电解质
。2.
根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述有机成分为乙烯
‑
六氟丙烯共聚物
(PVDF
‑
HFP)
和氟化碳酸酯络合的新结构相的聚合物
。3.
根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述氟化碳酸酯包括氟代碳酸乙烯酯
(FEC)、
甲基三氟乙基碳酸酯
(FEMC)
两种
。4.
根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述无机填料为陶瓷固态电解质
Li
1.3
Al
0.3
Ti
1.7
(PO4)3(LATP)。5.
一种用于固态锂电池的复合固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
取
PVDF
‑
HFP、LATP、LiTFSI、FEC
溶于
DMF
分散剂，在
60℃
下搅拌进行充分混合，得到混合溶液；
(2)
将步骤
(1)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩响，陆俊杰，钟贵明，陈继章，盛必福，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：