【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池，具体涉及一种双层结构复合固体电解质及其制备工艺和应用。
技术介绍
1、锂离子电池中以固态电解质代替传统液态电解质，从根本上解决锂离子电池的安全问题。具有较高离子电导率的复合固体电解质，因其优良的柔韧性具有极大的发展潜力，受到广泛关注。
2、在锂离子电池循环过程中，固体电解质内部的锂枝晶生长问题容易导致锂离子电池循环性能差，降低锂离子电池循环寿命。具体来讲，电解质/电极界面的不稳定性引起的界面浓度差，促进了树枝状锂枝晶在外电场影响下垂直于界面生长，最终刺穿电解质，造成锂离子电池短路，最终导致锂离子电池失效。
3、现有技术：中国专利授权公告号cn110518277b公开了一种固态电解质及其制备方法和包含该固态电解质的固态电池，该固态电解质包括正极界面层、中间层和负极界面层，所述正极界面层、中间层和负极界面层中，聚合物为聚甲醛、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氧化乙烯或聚环氧丙烷中的一种或几种，无机粉料为惰性填料纳米sio2、al2o3、tio2颗粒、batio3、分子筛中的一种或几种，或者为活性填料lialo2、llzto、lagp、llto、lgps中的一种或几种，制备方法采用刮涂成膜，制得的复合固体电解质具有优异的耐弯折、可卷绕性，电化学窗口4.8v，其核心为设计不同层间的梯度使得不同层拥有不同的性质，发挥不同的作用来解决界面问题。
4、中国专利申请公布号cn114497718a公开了一种室温工作的耐高压聚合物电解质及其制备方法与电池，所述聚合物电解质至少包括层叠设置的第一
5、本专利技术的目的是研发出另一种的复合固体电解质及其制备工艺、电池，目的是提高固体电解质的锂离子传输性能、稳定性，从而提高锂离子电池循环性能。
技术实现思路
1、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一种双层结构复合固体电解质及其制备工艺和应用，固体电解质采用结合了活性填料与惰性填料特性的双层复合结构，主体层填入活性填料提供优良锂离子传输性能、修饰层填入惰性填料提供高对锂稳定性，应用于固态锂金属电池，表现出优异的电池性能，应用前景广泛。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
3、一种双层结构复合固体电解质，所述固体电解质是以填入活性填料的复合聚合物层一为主体层和填入惰性填料的复合聚合物层二为修饰层复合而成的双层结构；其中，所述复合聚合物层一包括活性填料、聚己内酯、锂盐，所述复合聚合物层二包括惰性填料、聚己内酯、锂盐。
4、本专利技术所述的固体电解质，设计合理，采用结合了活性填料与惰性填料特性的双层复合结构，主体层为填入活性填料的复合聚合物层一，修饰层为填入惰性填料的复合聚合物层二，聚合物基体选择聚己内酯，主体层与修饰层层次分明并且接触紧密，主体层提供优良锂离子传输性能、修饰层提供高对锂稳定性，表现出优良的电化学性能，具有优异的倍率性能及长循环稳定性，且电化学窗口>5 v，可作为理想的高压电解质材料应用于固态锂金属电池。
5、进一步的，上述的双层结构复合固体电解质，所述主体层是由活性填料与聚己内酯、锂盐混合后，通过热溶剂涂覆法制备而成的复合聚合物层一；所述修饰层是由惰性填料与聚己内酯、锂盐混合后，通过热溶剂涂覆法涂覆于主体层表面制备而成的复合聚合物层二。
6、所述固体电解质的主体层、修饰层通过热溶剂涂覆法，将修饰层涂覆于主体层表面，干燥后形成双层结构，使得主体层与修饰层层次分明并且接触紧密。
7、进一步的，上述的双层结构复合固体电解质，所述活性填料为li6.3la3zr1.65w0.35o12，所述惰性填料为al2o3，所述锂盐为litfsi。
8、本专利技术选择li6.3la3zr1.65w0.35o12作为活性填料，填入li6.3la3zr1.65w0.35o12使得固体电解质具有较高的离子电导率，但其对锂不稳定性促进了锂离子电池循环过程中锂枝晶的生长。
9、本专利技术选择选择al2o3作为惰性填料，填入al2o3的固体电解质具有优异的对锂稳定性，促进锂离子均匀沉积，从而抑制锂枝晶生长，但是其较低的离子电导率限制了其倍率循环。而主体层中加入的li6.3la3zr1.65w0.35o12不仅降低了聚己内酯的结晶度，提高了主体层的离子电导率，而且其本身的离子导电性在复合聚合物层一中形成了连续的锂离子传输通道，进一步提升了主体层的锂离子传输性能。修饰层中的al2o3与锂负极表面发生锂化反应形成的li-al-o层，促进了锂离子的均匀沉积，有效的抑制了锂枝晶生长，改善了界面问题。
10、因此，采用结合了活性填料与惰性填料特性的双层复合结构的固体电解质，既获得了具有优良离子电导率，又具有对锂稳定性，显著提高了锂离子电池的循环稳定性。
11、进一步的，上述的双层结构复合固体电解质，所述活性填料的掺入量为活性填料、聚己内酯和锂盐总质量的20-50%，所述聚己内酯的数均分子量为10000-100000 g·mol-1，所述锂盐与聚己内酯的锂氧比li：o为1：1-100。
12、进一步的，上述的双层结构复合固体电解质，所述惰性填料的掺入量为惰性填料、聚己内酯和锂盐总质量的5-30%，所述聚己内酯的数均分子量为10000-100000 g·mol-1，所述锂盐与聚己内酯的锂氧比li：o为1：1-100。
13、进一步的，上述的双层结构复合固体电解质，所述活性填料的掺入量为活性填料、聚己内酯和锂盐总质量的35%，所述聚己内酯的数均分子量为80000g·mol-1，所述锂盐与聚己内酯的锂氧比li：o为1：20。
14、进一步的，上述的双层结构复合固体电解质，所述惰性填料的掺入量为惰性填料、聚己内酯和锂盐总质量的20%，所述聚己内酯的数均分子量为80000 g·mol-1，所述锂盐与聚己内酯的锂氧比li：o为1：20。
15、本专利技术还涉及所述双层结构复合固体电解质的制备工艺，包括以下步骤：
16、s1：将聚己内酯、锂盐混合，加入溶剂，在50-70℃的温度条件下搅拌至聚己内酯完全溶解；然后，加入经真空干燥箱中充分干燥的活性填料，继续搅拌，搅拌过程伴随超声处本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种双层复合固体电解质，其特征在于，所述固体电解质是以填入活性填料的复合聚合物层一为主体层（1）和填入惰性填料的复合聚合物层二为修饰层（2）复合而成的双层结构；其中，所述复合聚合物层一包括活性填料、聚己内酯、锂盐，所述复合聚合物层二包括惰性填料、聚己内酯、锂盐。
2.根据权利要求1所述的双层结构复合固体电解质，其特征在于，所述主体层（1）是由活性填料与聚己内酯、锂盐混合后，通过热溶剂涂覆法制备而成的复合聚合物层一；所述修饰层（2）是由惰性填料与聚己内酯、锂盐混合后，通过热溶剂涂覆法涂覆于主体层（1）表面制备而成的复合聚合物层二。
3.根据权利要求2所述的双层结构复合固体电解质，其特征在于，所述活性填料为Li6.3La3Zr1.65W0.35O12，所述惰性填料为Al2O3，所述锂盐为LiTFSI。
4.根据权利要求3所述的双层结构复合固体电解质，其特征在于，所述活性填料的掺入量为活性填料、聚己内酯和锂盐总质量的20-50%，所述聚己内酯的数均分子量为10000-100000 g·mol-1，所述锂盐与聚己内酯的锂氧比Li：O为1：1-100
5.根据权利要求3所述的双层结构复合固体电解质，其特征在于，所述惰性填料的掺入量为惰性填料、聚己内酯和锂盐总质量的5-30%，所述聚己内酯的数均分子量为10000-100000 g·mol-1，所述锂盐与聚己内酯的锂氧比Li：O为1：1-100。
6.根据权利要求4所述的双层结构复合固体电解质，其特征在于，所述活性填料的掺入量为活性填料、聚己内酯和锂盐总质量的35%，所述聚己内酯的数均分子量为80000g·mol-1，所述锂盐与聚己内酯的锂氧比Li：O为1：20。
7.根据权利要求5所述的双层结构复合固体电解质，其特征在于，所述惰性填料的掺入量为惰性填料、聚己内酯和锂盐总质量的20%，所述聚己内酯的数均分子量为80000 g·mol-1，所述锂盐与聚己内酯的锂氧比Li：O为1：20。
8.根据权利要求1至7任一项所述的一种双层结构复合固体电解质的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种双层结构复合固体电解质的制备工艺，其特征在于，所述步骤S1、S2中的溶剂采用碳酸二甲酯；所述步骤S1、S2中在60℃的温度条件下搅拌；所述步骤S1、S2中涂覆采用刮刀涂覆；所述步骤S1、S2中通风处干燥24h。
10.根据权利要求1至7任一项所述的一种双层结构复合固体电解质的应用，其特征在于，所述固体电解质应用于固态锂金属电池；所述固体电解质与正极、负极组装得到固态锂金属电池。
...【技术特征摘要】
1.一种双层复合固体电解质，其特征在于，所述固体电解质是以填入活性填料的复合聚合物层一为主体层（1）和填入惰性填料的复合聚合物层二为修饰层（2）复合而成的双层结构；其中，所述复合聚合物层一包括活性填料、聚己内酯、锂盐，所述复合聚合物层二包括惰性填料、聚己内酯、锂盐。
2.根据权利要求1所述的双层结构复合固体电解质，其特征在于，所述主体层（1）是由活性填料与聚己内酯、锂盐混合后，通过热溶剂涂覆法制备而成的复合聚合物层一；所述修饰层（2）是由惰性填料与聚己内酯、锂盐混合后，通过热溶剂涂覆法涂覆于主体层（1）表面制备而成的复合聚合物层二。
3.根据权利要求2所述的双层结构复合固体电解质，其特征在于，所述活性填料为li6.3la3zr1.65w0.35o12，所述惰性填料为al2o3，所述锂盐为litfsi。
4.根据权利要求3所述的双层结构复合固体电解质，其特征在于，所述活性填料的掺入量为活性填料、聚己内酯和锂盐总质量的20-50%，所述聚己内酯的数均分子量为10000-100000 g·mol-1，所述锂盐与聚己内酯的锂氧比li：o为1：1-100。
5.根据权利要求3所述的双层结构复合固体电解质，其特征在于，所述惰性填料的掺入量为惰性填料、聚己内酯和锂盐总质量的5-30%，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张全权，刘敏，刘子莹，靳洪允，洪建和，
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：
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