一种高电导率电池电解质及其制备方法和固态锂硫电池技术

一种高电导率电池电解质及其制备方法和固态锂硫电池，所述电池电解质包括聚氧化乙烯

【技术实现步骤摘要】
一种高电导率电池电解质及其制备方法和固态锂硫电池


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种高电导率电池电解质及其制备方法，还涉及到一种固态锂硫电池
。

技术介绍

[0002]为了给我们的日常生活提供持续的电力供应，利用先进的储能系统将可再生能源和清洁能源产生的电能有效地储存起来是非常重要的
。
然而，近
30
年来，锂离子电池一直占据小型电子产品市场，无法提供高能量来满足新能源存储和电动汽车的需求
。
这是因为传统锂离子电池依赖插层电极材料，锂离子只能拓扑插层到特定位置，限制了锂离子的充储容量和能量密度
。
因此，尽快探索目前锂离子电池以外的新型电池，对于未来的可持续发展非常重要
。
[0003]锂硫电池因其高达
2600 Wh kg
‑1的理论能量密度，以及成本低廉
、
资源丰富
、
环境友好等特点，被认为是最有希望满足电动汽车和便携式电子设备储能需求的候选电池之一
。
在过去几十年中，锂硫电池的研究主要集中在解决与活性材料相关的问题，例如多硫化物穿梭效应
、
充电
/
放电过程中的体积变化等等
。
其中，由聚合物基体和陶瓷填料组成的复合电解质膜，因其灵活性
、
良好的界面兼容性以及与液体电解质相当的高离子电导率而受到广泛关注
。
[0004]聚氧化乙烯作为聚合物基体材料，具有优异的电化学稳定性和与电极良好的界面相容性，得到广泛的应用
。
但是，由于聚氧化乙烯在工作温度（
60
‑
70℃
）下会处于半熔融的状态，和与醚基液体电解质类似的性质，导致穿梭效应明显，严重影响电池性能
。
[0005]对此我们采用加入有吸附性能的陶瓷粉，以及能与锂片形成钝化保护层的硝酸锂来抑制穿梭效应的发生
。
[0006]因此，寻找一种基于聚氧化乙烯可抑制穿梭效应的高电导率电池电解质对固态锂硫电池具有极其重要的意义
。
本专利技术通过加入具有吸附性能的
NASICON
结构无机陶瓷粉末，并且该陶瓷粉末为磷酸锆锂或者磷酸锆锂及其掺杂产物，硝酸锂能与锂片形成钝化保护层，有效抑制穿梭效应的发生
。

技术实现思路

[0007]专利技术目的：为了克服以上不足，本专利技术的目的是提供高离子电导率电池电解质及其固态锂硫电池，配方设计合理，不仅解决了穿梭效应引起的过充
、
纯聚合物电解质室温下锂离子电导率低
、
锂离子迁移数小
、
高温下局部电流密度大等问题，还解决了无机陶瓷固体电解质切削加工性差
、
与电极界面接触不良等问题，具有安全
、
高离子导电
、
高功率
、SEI
界面稳定的特点，应用前景广泛
。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种高电导率电池电解质，所述电池电解质包括聚氧化乙烯
、NASICON
结构无机陶瓷粉末
、
硝酸锂
、
锂盐；其中，所述
NASICON
结构无机陶瓷粉末占电池电解质总质量的
0%
‑
100%
；所述
NASICON
结构无机陶瓷粉末为磷酸锆锂或者磷酸锆锂及其掺杂产物
。
[0009]聚氧化乙烯作为聚合物基体材料，具有优异的电化学稳定性和与电极良好的界面相容性，但是聚氧化乙烯在工作温度（
60
‑
70℃
）下处于半熔融的状态，导致穿梭效应明显，严重影响电池性能
。
[0010]为了解决这一问题，本专利技术所述电池电解质配方中加入具有吸附性能的陶瓷粉末，并且该陶瓷粉末为磷酸锆锂或者磷酸锆锂及其掺杂产物，硝酸锂能与锂片形成钝化保护层，抑制穿梭效应的发生
。
此外
NASICON
结构中正五价磷元素可以被其他高价态离子掺杂或者取代，不同的元素在此结构中实现不同的功能，不仅提高了离子电导率，还有更好的环境稳定性，同时这种材料的“诱导效应”其结构中存在
X
‑
O
强的共价键，促使
M
‑
O 共价键产生更高的电离度，从而诱导过渡金属氧化还原，使得过度金属氧化还原电压增高，从而提高工作电压
。
[0011]进一步的，上述的高电导率电池电解质，所述电池电解质包括以下重量份数的原料：聚氧化乙烯 50
‑
150
份；
NASICON
结构无机陶瓷粉末 0
‑
50
份；硝酸锂 1
‑
50
份；锂盐 1
‑
50
份
。
[0012]所述电池电解质的配方设计合理，添加的
NASICON
结构无机陶瓷粉末具有一定的锂离子传导性，锂离子迁移能力高，热稳定性好，可增强高分子材料的力学性能，降低聚合物的结晶度，与锂金属正极形成良好稳定的界面
。
将上述材料与锂盐混合得到的固体电解质不仅安全性能好，机械加工性能好，而且锂离子电导率和锂离子迁移数都很高
。
[0013]进一步的，上述的高电导率电池电解质，所述聚氧化乙烯分子量为
1000
‑
10000000
；所述
NASICON
结构无机陶瓷粉末的尺寸范围为
5nm
‑
10
μ
m。
[0014]进一步的，上述的高电导率电池电解质，所述磷酸锆锂及其掺杂产物选自锆位掺铁的磷酸锆铁锂
、
锆位掺镓的磷酸锆镓锂中的一种
。
[0015]电池电解质中加入锆位掺铁的磷酸锆铁锂（
Li
1+X
Fe
X
Zr2‑
X
(PO4)3），相比加入磷酸锆锂，在电池的充放电过程中，锆位的掺铁可以有效抑制电极材料的结构变化，减少电极材料与电解质的相互作用，从而延长电池的循环寿命
。
同时，锆位的掺铁可以增加电极材料的电子传导性能，提高电池的能量密度和功率密度，以及可以改善电池的电化学稳定性，减少电池在过充和过放状态下的安全风险
。
（此处为检索资料得到）电池电解质中加入锆位掺镓的磷酸锆镓锂（
Li
1+X
Ga
X
Zr2‑
X
(PO4)3），相比加入磷酸锆锂，电池电解质中镓的引入稳定了锂离子传输的
NASICON
结构，降低了杂质相的强度，提高了
Li
+
浓度
。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高电导率电池电解质，其特征在于，所述电池电解质包括聚氧化乙烯
、NASICON
结构无机陶瓷粉末
、
硝酸锂
、
锂盐；其中，所述
NASICON
结构无机陶瓷粉末占电池电解质总质量的
0%
‑
100%
；所述
NASICON
结构无机陶瓷粉末为磷酸锆锂或者磷酸锆锂及其掺杂产物
。2.
根据权利要求1所述的高电导率电池电解质，其特征在于，所述电池电解质包括以下重量份数的原料：聚氧化乙烯 50
‑
150
份；
NASICON
结构无机陶瓷粉末 0
‑
50
份；硝酸锂 1
‑
50
份；锂盐 1
‑
50
份
。3.
根据权利要求1所述的高电导率电池电解质，其特征在于，所述聚氧化乙烯分子量为
10000
‑
10000000
；所述
NASICON
结构无机陶瓷粉末的尺寸范围为
5nm
‑
10
μ
m。4.
根据权利要求1所述的高电导率电池电解质，其特征在于，所述磷酸锆锂及其掺杂产物选自锆位掺铁的磷酸锆铁锂
、
锆位掺镓的磷酸锆镓锂中的一种
。5.
根据权利要求1所述的高电导率电池电解质，其特征在于，所述锂盐选择选自
LiPF6、LiClO4、LiTFSI、LiFSI、LiTf、LiBF4、LiBOB、LiDFOB、LiTDI
或者其衍生物中的一种
。6.
根据权利要求1所述的高电导率电池电解质，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘敏，张全权，宋宇航，陈垣江，
申请(专利权)人：合源锂创苏州新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：