【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种陶瓷固态电解质薄膜及其制备方法，该陶瓷固态电解质薄膜在固态电池中的应用，以及包含该陶瓷固态电解质薄膜的固态锂金属电池。
技术介绍
1、固态锂金属电池是一种新型的电池技术，采用固态电解质代替传统液态电解质。固态锂金属电池的优点包括安全性增强、能量密度提高、循环寿命延长等，这使得其在电池
具有巨大的潜力，有望推动电池技术的创新和发展。
2、目前固态电解质材料主要包括硫化物、氧化物、聚合物、卤化物以及复合固态电解质，其中氧化物固态电解质具有良好的离子电导率、热稳定性以及宽电化学窗口等优点，并且能在空气中制备，是当前的研究热点之一。本领域已知的氧化物固态电解质包括锂镧锆氧（llzo）、锂镧锆钽氧（llzto）、锂镧锆铝氧（llazo）、锂镧锆镓氧(llgzo)、锂镧钛氧（llto）、磷酸锗铝锂（lagp）、磷酸钛铝锂（latp）等。氧化物固态电解质的薄膜化制备是其能否工业化生产和应用的重要影响因素。目前主流的固态电解质薄膜生产方法是通过流延烧结。但是，流延烧结工艺步骤繁琐，需要经过浆料制备、流延成膜、排胶、烧结等过程，生产周期长、效率低、能耗高，且均匀性差、良品率低。因此简化固态电解质薄膜生产工艺、提高生产效率是实现大规模生产的关键。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是目前固态电解质薄膜存在生产工艺繁琐，产品均匀性差、致密度低、离子电导率低等缺点。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种固态电解质薄膜的制备方法，该方法简化
3、本专利技术第一方面提供了一种固态电解质薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
4、（1）将固态电解质胚料与可纤维化聚合物混合，使所述聚合物纤维化并与所述固态电解质胚料均匀混合；
5、（2）对步骤（1）获得的混合物进行热压处理至预设厚度，获得固态电解质生膜；
6、（3）将步骤（2）获得的固态电解质生膜进行高温烧结，获得固态电解质薄膜。
7、在一些具体实施方式中，所述固态电解质为氧化物固态电解质。
8、在一些具体实施方式中，所述固态电解质选自锂镧锆氧（llzo）、锂镧锆钽氧（llzto）、锂镧锆铝氧（llazo）、锂镧锆镓氧（llgzo）、锂镧钛氧（llto）、磷酸锗铝锂（lagp）或磷酸钛铝锂（latp）。
9、在一些具体实施方式中，所述可纤维化聚合物包括聚四氟乙烯（ptfe）、乙烯-四氟乙烯共聚物（etfe）、聚偏氟乙烯（pvdf）、丁苯橡胶（sbr）、聚丙烯酸（paa）、羧甲基纤维素（cmc）和聚酰亚胺（pi）中的至少一种。在最优选的实施方式中，所述可纤维化聚合物为聚四氟乙烯。
10、在一些具体实施方式中，所述步骤（1）中，所述固态电解质胚料含量为80-99.9wt%，优选为90-99 wt%，更优选为95-99 wt%。
11、在一些具体实施方式中，所述步骤（1）中，所述可纤维化聚合物含量为0.1-20wt%，优选为1-10 wt%，更优选为1-5 wt%。
12、在一些具体实施方式中，所述步骤（1）中使所述聚合物纤维化的方法选自以下的至少一种：
13、（1）将所述聚合物与所述固态电解质胚料一起研磨；
14、（2）将所述聚合物与所述固态电解质胚料一起高速剪切；
15、（3）对所述聚合物进行加热拉伸处理；
16、（4）将所述聚合物与所述固态电解质胚料一起进行气流粉碎。
17、应当理解，本专利技术对聚合物纤维化的方法没有特别限定，只要能够使得可纤维化聚合物纤维化的方法都包括在本专利技术的范围之内。
18、在一些具体实施方式中，所述步骤（2）的热压处理为使用辊压机进行一次或多次热辊压。
19、在一些具体实施方式中，所述步骤（2）中的预设厚度为50-300 μm。根据具体的实施方式，固态电解质生膜的预设厚度可以是50 μm、80 μm、100 μm、150 μm、200 μm、250 μm、300 μm，或上述范围内的任意厚度。
20、在一些具体实施方式中，所述步骤（3）使得所述固态电解质生膜中的聚合物分解，优选为完全分解。
21、在一些具体实施方式中，所述步骤（3）中的烧结温度为800~1200 ℃。所述烧结温度取决于固态电解质的化学组成。例如，对于llzo、llzto、llazo和llgzo，烧结温度优选为1050~1200 ℃；对于llto，烧结温度优选为1100-1200 ℃；对于lagp，烧结温度优选为800~900 ℃；对于latp，烧结温度优选为900~1000 ℃。
22、在一些具体实施方式中，在步骤（3）中，升温速率为5~20℃/min，优选为10℃/min；烧结时间为6~24小时，优选为12小时。
23、在一些具体实施方式中，所述步骤（1）中将固态电解质胚料与可纤维化聚合物混合时，额外加入过量的锂元素的前驱体，其中，所述锂元素的前驱体选自lioh·h2o和li3po4。
24、在一些具体实施方式中，所述步骤（1）中锂元素的前驱体的摩尔数的过量比例为1%~50%，其中
25、当所述固态电解质选自锂镧锆氧、锂镧锆钽氧、锂镧锆铝氧、锂镧锆镓氧或锂镧钛氧时，所述锂元素的前驱体为lioh·h2o，其摩尔数的过量比例为20%~50%，优选为30%~50%；
26、当所述固态电解质选自磷酸锗铝锂或磷酸钛铝锂时，所述锂元素的前驱体为li3po4，其摩尔数的过量比例为1%~20%，优选为5%~15%。
27、在一些具体实施方式中，所述步骤（1）中的固态电解质胚料的制备方法包括以下步骤：
28、（a1）根据固态电解质的化学组成，将各元素的前驱体以及过量的锂元素的前驱体与溶剂混合后进行球磨处理，随后干燥，其中，所述锂元素的前驱体选自lioh·h2o和li3po4；
29、（a2）对步骤（a1）中获得的混合物进行预烧，以获得所述固态电解质胚料。
30、在一些具体实施方式中，所述步骤（a1）中所述锂元素的前驱体的摩尔数的过量比例为1%~50%，其中
31、当所述固态电解质选自锂镧锆氧、锂镧锆钽氧、锂镧锆铝氧、锂镧锆镓氧或锂镧钛氧时，所述锂元素的前驱体为lioh·h2o，其摩尔数的过量比例为20%~50%，优选为30%~50%；
32、当所述固态电解质选自磷酸锗铝锂或磷酸钛铝锂时，所述锂元素的前驱体为li3po4，其摩尔数的过量比例为1%~20%，优选为5%~15%。
33、在一些具体实施方式中，固态电解质薄膜的制备方法既包括在步骤（a1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种陶瓷固态电解质薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固态电解质为氧化物固态电解质。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述固态电解质选自锂镧锆氧、锂镧锆钽氧、锂镧锆铝氧、锂镧锆镓氧、锂镧钛氧、磷酸锗铝锂或磷酸钛铝锂。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述可纤维化聚合物包括聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、聚丙烯酸、羧甲基纤维素和聚酰亚胺中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述可纤维化聚合物为聚四氟乙烯。
6. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述固态电解质胚料含量为80-99.9 wt%；和/或所述可纤维化聚合物含量为0.1-20 wt%。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中使所述聚合物纤维化的方法选自以下的至少一种：
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）的热压处理为使用
9. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的预设厚度为50-300μm。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）使得所述固态电解质生膜中的聚合物完全分解。
11. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中的烧结温度为800~1200 ℃。
12. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中将固态电解质胚料与可纤维化聚合物混合时，额外加入过量的锂元素的前驱体，其中，所述锂元素的前驱体选自LiOH·H2O和Li3PO4。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中锂元素的前驱体的摩尔数的过量比例为1%~50%，其中
14.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的固态电解质胚料的制备方法包括以下步骤：
15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（a1）中锂元素的前驱体的摩尔数的过量比例为1%~50%，其中
16.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中将固态电解质胚料与可纤维化聚合物混合时，额外加入过量的锂元素的前驱体，其中，所述步骤（a1）和所述步骤（1）中锂元素的前驱体的摩尔数的合计过量比例为1%~50%，其中
17.一种陶瓷固态电解质薄膜，所述陶瓷固态电解质薄膜是通过权利要求1至16的任一项所述的制备方法制备的。
18.权利要求17所述的陶瓷固态电解质薄膜在固态锂金属电池中的应用。
19.一种固态锂金属电池，该固态锂金属池包括权利要求17所述的陶瓷固态电解质薄膜。
...【技术特征摘要】
1.一种陶瓷固态电解质薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固态电解质为氧化物固态电解质。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述固态电解质选自锂镧锆氧、锂镧锆钽氧、锂镧锆铝氧、锂镧锆镓氧、锂镧钛氧、磷酸锗铝锂或磷酸钛铝锂。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述可纤维化聚合物包括聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、聚丙烯酸、羧甲基纤维素和聚酰亚胺中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述可纤维化聚合物为聚四氟乙烯。
6. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述固态电解质胚料含量为80-99.9 wt%；和/或所述可纤维化聚合物含量为0.1-20 wt%。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中使所述聚合物纤维化的方法选自以下的至少一种：
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）的热压处理为使用辊压机进行一次或多次热辊压。
9. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的预设厚度为50-300μm。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）使得所述固态电解质生膜中的聚合物完全分解。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈霖，卢勇光，
申请(专利权)人：深圳欣视界科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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