界面连续的高电导复合固态电解质及其制备方法与用途技术

本发明专利技术涉及固态电池技术领域，公开了一种界面连续的高电导复合固态电解质及其制备方法与用途

【技术实现步骤摘要】
界面连续的高电导复合固态电解质及其制备方法与用途


[0001]本专利技术涉及固态电池
，具体涉及一种界面连续的高电导复合固态电解质及其制备方法与用途
。

技术介绍

[0002]锂
/
钠离子电池具有能量密度高
、
使用寿命长
、
自放电率低
、
无记忆效应等优势，在大规模电网储能
、
新能源电动汽车
、
便携式电子产品
、
航空航天等领域发挥着重要作用
。
传统的锂
/
钠离子电池为液态电池，液态电池中的液态电解质存在易挥发
、
易燃
、
易泄露
、
易爆炸等安全隐患，这导致液态电池存在着火
、
爆炸等风险
。
[0003]固态电解质具有良好的物化性能
(
如热稳定性好
)
，能在根本上解决传统液态电池中存在的上述安全隐患问题，而且固态电解质兼具隔膜的功能，在提高能量密度
、
抑制锂枝晶生长
、
延长循环寿命等方面具有较大发展空间
。
在诸多固态电解质中，聚合物电解质具有柔韧性好
、
制备成本低
、
锂
/
钠盐溶解性好
、
易加工等优势，已成为研究最广泛的固态电解质之一
。
[0004]然而，聚合物电解质中聚合物基体的结晶度较高，聚合物链段的运动能力受限，使得该类电解质的室温离子电导率较低，而且，聚合物电解质的电化学窗口过窄等缺点，也严重阻碍了其在固态电池中的应用
。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种界面连续的高电导复合固态电解质及其制备方法与用途，以解决现有聚合物电解质的室温离子电导率较低
、
电化学窗口较窄的问题
。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种界面连续的高电导复合固态电解质的制备方法，包括如下步骤：
[0007]将聚合物
、
导电金属盐以及纳米颗粒的复合溶液进行预成型，然后再进行冷冻固化及冷冻干燥，得到多孔复合固态电解质；
[0008]将所述多孔复合固态电解质进行热压干燥，获得界面连续的高电导复合固态电解质
。
[0009]在本专利技术提供的上述制备方法中，先采用冷冻干燥法将聚合物
、
导电金属盐以及纳米颗粒的复合溶液制成多孔复合固态电解质，再采用热压干燥法将该多孔复合固态电解质制成界面连续的高电导复合固态电解质，该冷冻干燥
‑
热压干燥的制备过程，能够使得聚合物紧密包覆纳米颗粒，构筑形成大量连续的聚合物
/
聚合物界面以及聚合物
/
纳米颗粒界面，这些界面处能够形成快离子传输通道，加速离子传输，进而提升该界面连续的高电导复合固态电解质的离子电导率以及电化学窗口
。
进一步地，利用该界面连续的高电导复合固态电解质制备固态电池时，能够显著提升电池的循环性能
。
[0010]在一种可选的实施方式中，所述聚合物包括聚环氧乙烷
、
聚丙烯腈
、
聚碳酸酯
、
聚甲基丙烯酸甲酯
、
聚偏二氟乙烯和聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯中的至少一种
。
[0011]在一种可选的实施方式中，所述纳米颗粒包括氧化硅纳米颗粒
、
氧化铝纳米颗粒
、
氮化硼纳米颗粒
、
氮化碳纳米颗粒和氧化石墨烯纳米颗粒中的至少一种
。
[0012]在一种可选的实施方式中，所述导电金属盐为锂盐或者钠盐；其中，
[0013]所述锂盐包括氯化锂
、
高氯酸锂
、
六氟磷酸锂
、
双三氟甲基磺酰亚胺锂和三氟甲基磺酰亚胺锂中的至少一种；
[0014]和
/
或，所述钠盐包括氯化钠
、
高氯酸钠
、
六氟磷酸钠
、
双三氟甲基磺酰亚胺钠和三氟甲基磺酰亚胺钠中的至少一种
。
[0015]在一种可选的实施方式中，在所述复合溶液中，所述导电金属盐的质量为所述聚合物的质量的
10
～
60
％；
[0016]和
/
或，所述纳米颗粒的质量不高于所述聚合物与所述导电金属盐总质量的
40
％
。
[0017]在一种可选的实施方式中，所述冷冻固化的条件包括：温度不高于
‑
20℃
，时间为
24
～
48h
；
[0018]和
/
或，所述冷冻干燥为真空冷冻干燥，所述真空冷冻干燥的条件包括：温度不高于
‑
20℃
，时间不低于
24h。
[0019]在一种可选的实施方式中，所述热压干燥为真空热压干燥，所述真空热压干燥的条件包括：在真空条件下，温度不超过
60℃
，对电解质施加压力不高于
1GPa
，时间不低于
12h。
[0020]在一种可选的实施方式中，所述复合溶液的制备过程包括：
[0021]将所述聚合物与所述导电金属盐加入溶剂中，于
20
～
60℃
下搅拌1～5天，使其完全溶解，得到第一溶液；
[0022]将所述纳米颗粒加入所述溶剂中，经超声处理后，于
20
～
60℃
下搅拌1～5天，使其完全分散，得到第二溶液；
[0023]将所述第一溶液与所述第二溶液混合，搅拌1～5天，得到分散性良好的所述复合溶液；
[0024]其中，所述溶剂包括水
、
叔丁醇
、
乙腈
、N,N
‑
二甲基甲酰胺
、N,N
‑
二甲基乙酰胺
、
二甲基亚砜和
N
‑
甲基吡咯烷酮中的至少一种
。
[0025]第二方面，本专利技术提供了一种界面连续的高电导复合固态电解质，该界面连续的高电导复合固态电解质由上述的制备方法制备得到
。
[0026]第三方面，本专利技术提供了上述的界面连续的高电导复合固态电解质在制备固态电池中的用途
。
[0027]第四方面，本专利技术提供了一种固态电池，该固态电池包括上述的界面连续的高电导复合固态电解质
。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种界面连续的高电导复合固态电解质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将聚合物
、
导电金属盐以及纳米颗粒的复合溶液进行预成型，然后再进行冷冻固化及冷冻干燥，得到多孔复合固态电解质；将所述多孔复合固态电解质进行热压干燥，获得界面连续的高电导复合固态电解质
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物包括聚环氧乙烷
、
聚丙烯腈
、
聚碳酸酯
、
聚甲基丙烯酸甲酯
、
聚偏二氟乙烯和聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯中的至少一种
。3.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米颗粒包括氧化硅纳米颗粒
、
氧化铝纳米颗粒
、
氮化硼纳米颗粒
、
氮化碳纳米颗粒和氧化石墨烯纳米颗粒中的至少一种
。4.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导电金属盐为锂盐或者钠盐；其中，所述锂盐包括氯化锂
、
高氯酸锂
、
六氟磷酸锂
、
双三氟甲基磺酰亚胺锂和三氟甲基磺酰亚胺锂中的至少一种；和
/
或，所述钠盐包括氯化钠
、
高氯酸钠
、
六氟磷酸钠
、
双三氟甲基磺酰亚胺钠和三氟甲基磺酰亚胺钠中的至少一种
。5.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述复合溶液中，所述导电金属盐的质量为所述聚合物的质量的
10
～
60
％；和
/
或，所述纳米颗粒的质量不高于所述聚合物与所述导电金属盐总质量的
40
％
。6.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述冷冻固化...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘乐浩，李美成，孟祥龙，侯雯琰，张冬梅，莫金珊，胡炜昊，张通，樊倩霄，姜冰，褚立华，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：