【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池，尤其涉及一种介电极化增强固态锂金属电池性能的方法。
技术介绍
1、目前，社会的进步需求更高效的能源利用方式，作为移动和固定储能应用中非常具有代表性的液态锂离子电池，其电学性能逐渐不能满足社会发展的需要。同时，锂枝晶刺穿隔膜所带来的安全隐患使得该电池的安全性也受到市场的质疑。因此，社会对更高能量密度和更高安全性电池的需求日益上涨。此时，锂金属固态电池由于其高理论比容量、宽电化学窗口、高能量密度、高安全性等优点被视作非常有前景的下一代能量电池。而锂金属固态电池在承接液态锂离子电池工艺的基础上，其主要难点在于固态电解质膜技术的突破。
2、peo基固态电解质膜作为有机固态膜的一个主要代表，因其出色的柔软性和与锂金属界面的良好接触而出名。但同时，其也面临着室温离子电导率较低，而高温下其机械性能又较差无法抑制负极锂枝晶生长所导致的电池短路等一系列困境。因此，有研究人员提出在peo基体中添加陶瓷粉末，一方面通过降低其结晶度来提高固态电解质膜的离子电导率，另一方面，也增大其在高温下的机械强度以抑制负极处锂枝晶的生长。常规陶瓷粉末包括sio2、al2o3、tio2、llzto、llzo等等。然而，此类固态电解质体系往往受限于陶瓷本体的机械性能和对锂离子的传输能力，存在着离子电导率提升受限、锂离子迁移数低、成本过高等各种各样的缺点。因此，提出一种有别于传统作用的有机-无机复合体系，并且具备低成本、高离子电导率、易制备优点的复合固态电解质对于固态锂电池的开发与应用具有重要意义。
3、现有技术：传统固态
4、在传统的固态锂金属电池制备过程中，常常使用某种有机聚合物和锂盐作为固态电解质的材料，例如聚(乙烯氧烷)和锂盐。这种电解质的制备过程也包括溶剂提取、混合、搅拌、冷却、刮涂并在一定的温度条件下进行干燥和固化，然后裁剪成适当的形状和大小以组装电池。
5、现有技术存在的技术问题：
6、1.离子传导性能不足：传统的固态电解质材料，如聚(乙烯氧烷)，虽然可以提供某种程度的柔韧性，但其离子传导性能通常较差。这限制电池的能量密度和功率性能。
7、2.不稳定的电化学性能：有机聚合物固态电解质在高电压下会发生分解，从而影响电池的循环稳定性和安全性。
8、3.界面兼容性问题：锂金属与有机聚合物固态电解质之间的界面通常存在问题，会形成不稳定的sei层，进一步影响电池性能。
9、4.生产成本高：传统的固态电解质制备过程通常需要多步骤的热处理和冷却过程，这增加电池的制造成本和复杂性。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种介电极化增强固态锂金属电池性能的方法。通过在基础的聚合物锂盐二组份体系中引入高介电陶瓷颗粒，利用陶瓷颗粒在电池充放电过程中的自发极化，一方面使固态电解质内部的锂离子能够在极性颗粒的正负端之间加速运动，另一方面充电时在锂金属界面处附加反向电场，降低了界面处的锂离子浓度梯度与局部电场强度，迟滞了锂离子在锂金属界面处的迁移速度，从而使得锂离子均匀沉积并抑制锂枝晶生长。进而得到高电化学性能的固态锂金属电池。
2、本专利技术是这样实现的，一种介电极化增强固态锂金属电池性能的方法，所述介电极化增强固态锂金属电池性能的方法包括以下步骤：
3、s101，在氩气手套箱中按1：0.3～0.6：0.05～0.12的质量比称量有机聚合物、锂盐和钛酸锶粉末；
4、s102，选用乙腈或无水乙腈作溶剂，按照5wt％～15wt％的比例抽取溶剂，并与配置好的粉末混合；
5、s103，将得到的溶液在室温下搅拌12h，然后在60°下加热搅拌12h；
6、s104，将加热搅拌后的悬浊液冷却至室温，选用聚四氟乙烯板ptfe或者聚四氟乙烯模具作基板，设置刮刀厚度1000～3000um，缓慢朝一个方向刮涂；
7、s105，静置1h后，放置在鼓风干燥箱中30～70°12h，并继续在加热台上50～100°加热12h，加热后静置48h得到固态电解质；
8、s106，得到的固态电解质用裁片机裁成圆片以组装纽扣电池；对于全电池，正极选用磷酸铁锂，负极选用锂片；对于阻抗测试，正负极均为钢片；对于电化学窗口测试，正极为钢片，负极为锂片。
9、进一步，所述s101中，锂盐和钛酸锶粉末需在氩气手套箱中静置，peo在使用前需在50°下真空干燥12h以上。
10、进一步，所述聚合物可以是聚氧化乙烯、聚环氧丙烷、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯或聚乙烯醇。
11、进一步，所述聚合物以数均分子量划分种类包括：mv＝8,000/100,000/300,000/600,000/1,000,000/2,000,000/4,000,000。
12、进一步，所述锂盐可以是双三氟甲烷磺酰亚胺锂、高氯酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂中的一种。
13、进一步，所述溶剂可以是二甲基甲酰胺、乙腈、n-甲基吡咯烷酮或丙酮。
14、进一步，所述固态电解质制作的装配电池的负极可以是金属锂、锂铜合金、锂铝合金、锂硅合金、锂锡合金或硅碳负极。
15、进一步，所述固态电解质制作的装配电池的正极可以是磷酸铁锂、钴酸锂、钛酸锂、三元正极。
16、结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
17、第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本专利技术的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本专利技术技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
18、本专利技术通过将高介电常数粉末引入固态电解质中，通过优化含量和分布调控，应用极化作用与附加电场从而增大固态电解质的离子电导率(无论是在室温下，还是在高温下)，进而改善固态锂金属电池的性能。具体来说，通过在基础的聚合物锂盐二组份体系中引入高介电陶瓷颗粒，利用陶瓷颗粒在电池充放电过程中的自发极化，一方面使固态电解质内部的锂离子能够在极性颗粒的正负端之间加速运动，另一方面充电时在锂金属界面处附加反向电场，降低了界面处的锂离子浓度梯度与局部电场强度，迟滞了锂离子在锂金属界面处的迁移速度，从而使得锂离子均匀沉积并抑制锂枝晶生长。从数据结果来看，本固态电解质膜具有高离子电导率、低电阻、宽电化学窗口和极其出色的全电池数据(至465圈，库伦效率一直保持在99.9％，容量保持率为90.5％)。
19、第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本专利技术所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
20、本专利技术引入高介无机陶瓷粉末后，由于其非常容易极化这一特点，因此具备以下优点：
21、其一，极化后的单元有助于锂阴阳离子基本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种介电极化增强固态锂金属电池性能的方法，其特征在于，通过在基础的聚合物锂盐二组份体系中引入高介电陶瓷颗粒，利用陶瓷颗粒在电池充放电过程中的自发极化，一方面使固态电解质内部的锂离子能够在极性颗粒的正负端之间加速运动，另一方面充电时在锂金属界面处附加反向电场。
2.如权利要求1所述介电极化增强固态锂金属电池性能的方法，其特征在于，所述介电极化增强固态锂金属电池性能的方法包括以下步骤：
3.如权利要求1所述介电极化增强固态锂金属电池性能的方法，其特征在于，所述S101中，锂盐和钛酸锶粉末需在氩气手套箱中静置，PEO在使用前需在50°下真空干燥12h以上。
4.如权利要求1所述介电极化增强固态锂金属电池性能的方法，其特征在于，所述聚合物可以是聚氧化乙烯、聚环氧丙烷、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯或聚乙烯醇。
5.如权利要求1所述介电极化增强固态锂金属电池性能的方法，其特征在于，所述聚合物以数均分子量划分种类包括：
6.如权利要求1所述介电极化增强固态锂金属电池性能的方法，其特征在于，所述锂盐
7.如权利要求1所述介电极化增强固态锂金属电池性能的方法，其特征在于，所述溶剂可以是二甲基甲酰胺、乙腈、N-甲基吡咯烷酮或丙酮。
8.如权利要求1所述介电极化增强固态锂金属电池性能的方法，其特征在于，所述固态电解质制作的装配电池的负极可以是金属锂、锂铜合金、锂铝合金、锂硅合金、锂锡合金或硅碳负极。
9.如权利要求1所述介电极化增强固态锂金属电池性能的方法，其特征在于，所述固态电解质制作的装配电池的正极可以是磷酸铁锂、钴酸锂、钛酸锂、三元正极。
...【技术特征摘要】
1.一种介电极化增强固态锂金属电池性能的方法，其特征在于，通过在基础的聚合物锂盐二组份体系中引入高介电陶瓷颗粒，利用陶瓷颗粒在电池充放电过程中的自发极化，一方面使固态电解质内部的锂离子能够在极性颗粒的正负端之间加速运动，另一方面充电时在锂金属界面处附加反向电场。
2.如权利要求1所述介电极化增强固态锂金属电池性能的方法，其特征在于，所述介电极化增强固态锂金属电池性能的方法包括以下步骤：
3.如权利要求1所述介电极化增强固态锂金属电池性能的方法，其特征在于，所述s101中，锂盐和钛酸锶粉末需在氩气手套箱中静置，peo在使用前需在50°下真空干燥12h以上。
4.如权利要求1所述介电极化增强固态锂金属电池性能的方法，其特征在于，所述聚合物可以是聚氧化乙烯、聚环氧丙烷、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯或聚乙烯醇。
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【专利技术属性】
技术研发人员：徐自强，郭玉冰，方梓烜，吴孟强，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：
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