【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池，特别涉及一种固态电解质及其制备方法和应用。
技术介绍
1、以锂离子电池为代表的二次电池作为储存清洁能源的重要手段，广泛应用于电子设备、电动汽车、航空航天军工、储能电站等领域，且需求量仍在逐年增加。其中，锂金属因其理论比容量高、氧化还原电位最低、质量密度低等特点，被认为是最具前景的下一代锂电池负极材料之一。
2、与传统石墨阳极中发生的锂离子嵌入/脱出反应不同，锂金属负极利用锂的沉积/剥离来完成充放电循环。锂金属反应活性较高，容易与电解液发生副反应，消耗电解液并影响电池的循环稳定性；而负极表面的电场不均匀，导致锂离子沉积不均匀，进而引起枝晶生长，可能会刺穿隔膜造成短路带来安全隐患。固态电解质是抑制枝晶生长和提高电池安全性的有效策略。但电导率低、与电极界面相容性差等缺点阻碍了固体电解质的发展。因此，亟需开发一种电导率高、与电极界面相容性好、性能优异的固态电解质，推动固态电解质和锂金属电池的发展。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本专利技术的目的之一在于提供一种固态电解质；本专利技术的目的之二在于提供这种固态电解质的制备方法；本专利技术的目的之三在于提供一种包括该固态电解质的锂金属电池。
2、为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
3、本专利技术的第一方面提供了一种固态电解质，包括由以下组分制备而成：聚合物单体、锂盐、交联剂、陶瓷颗粒、光引发剂；
4、所述聚合物单体
5、本专利技术的基本原理说明如下：
6、1）本专利技术使用分别具有碳酸酯基团，三氟甲基基团以及琥珀酸酐基团的聚合物单体进行复合固态电解质中聚合物电解质的制备；碳酸酯基团有着高介电常数的性质，可以充分地溶解锂盐；三氟甲基基团能够提高电化学稳定性，提高电解质的氧化分解电位；琥珀酸酐基团降低了前驱体溶液与负极极片间的接触角，使溶液在锂金属表面润湿更加充分；三种聚合物单体通过特定比例混合形成的聚合物膜有较好的离子传导能力与耐氧化能力；以三种聚合物单体参与制备形成的固态电解质为聚合物电解质，其中的聚合物指聚（碳酸乙烯亚乙酯-甲基丙烯酸三氟乙酯-辛烯基琥珀酸酐）（pvto）。
7、2）陶瓷颗粒的存在改善了固态电解质的离子导电率，同时也增强了固态电解质的机械性能，使得电池的循环稳定性提升；选用含锂陶瓷颗粒时，对于锂离子的传输能力有着进一步加强的效果，可以提高固体电解质的锂离子电导率。
8、3）添加光引发剂后，光引发形成的聚合物聚合度高，具有更好的机械强度。
9、优选地，所述聚合物单体中，含琥珀酸酐基团的单体、含碳酸酯基团的单体和含三氟甲基基团的单体的摩尔百分比为1: (8~14): (5~11)；进一步优选地，所述聚合物单体中，含琥珀酸酐基团的单体、含碳酸酯基团的单体和含三氟甲基基团的单体的摩尔百分比为1: (10~12): (7~9)。
10、优选地，所述含碳酸酯基团的单体包括碳酸乙烯亚乙酯（vec）。
11、优选地，所述含琥珀酸酐基团的单体包括辛烯基琥珀酸酐（osa）。
12、优选地，所述含三氟甲基基团的单体包括甲基丙烯酸三氟乙酯（tfema）。
13、优选地，所述聚合物单体、锂盐、交联剂、陶瓷颗粒的质量比为100: (40~60): (2~6): (6~10)；
14、进一步优选地，所述聚合物单体、锂盐、交联剂、陶瓷颗粒的质量比为100: (45~55): (3~5): (7~9)。
15、优选地，所述聚合物单体、锂盐、交联剂与陶瓷颗粒质量之和与光引发剂的质量比为(99~200): 1；进一步优选地，所述聚合物单体、锂盐、交联剂与陶瓷颗粒质量之和与光引发剂的质量比为(150~200): 1。
16、优选地，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂中的至少一种；进一步优选地，所述锂盐为双三氟甲磺酰亚胺锂（litfsi），固态电解质耐高电压的效果更佳。
17、优选地，所述交联剂包括三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二羟甲基丙烷四丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸丁二醇酯中的至少一种；进一步优选地，所述交联剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
18、优选地，所述光引发剂包括安息香双甲醚、2,4,6-三甲基苯甲酰二苯氧磷中的至少一种；进一步优选地，所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰二苯氧磷（tpo）。
19、优选地，所述陶瓷颗粒包括锂镧锆氧颗粒、锂锆氧颗粒、锂钙磷颗粒、锂钙锆磷颗粒、钛酸钡颗粒、氮化硼颗粒、纳米氧化铝颗粒中的至少一种；进一步优选地，所述陶瓷颗粒为锂钙锆磷颗粒（li1.2ca0.1zr1.9(po4)3），可加强锂离子的传输能力，提高固体电解质的锂离子电导率。
20、优选地，所述陶瓷颗粒的粒径为2~6μm；进一步优选地，所述陶瓷颗粒的粒径为3~5μm。
21、本专利技术的第二方面提供了本专利技术第一方面所述固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
22、1）将聚合物单体、锂盐、交联剂、陶瓷颗粒混合，得到前驱体；
23、2）将所述前驱与光引发剂混合，反应，得到所述固态电解质。
24、优选地，所述步骤1）的具体操作为：将聚合物单体按照摩尔质量比例进行混合后，加入锂盐及交联剂，充分搅拌混合，再加入陶瓷颗粒搅拌至无沉淀，形成前驱体。
25、优选地，所述步骤2）中，所述反应的方式为光引发聚合反应；进一步优选地，所述反应的方式为紫外光照引发聚合反应。
26、优选地，所述步骤2）中，所述反应的时间为20~40min；进一步优选地，所述反应的时间为25~35min；更进一步优选地，所述反应的时间为30min。
27、本专利技术的第三方面提供了一种包括本专利技术第一方面所述固态电解质的锂金属电池。
28、优选地，所述电池的正极材料包括622型镍钴锰三元材料、811型镍钴锰三元材料、钴酸锂中的一种。
29、优选地，所述电池的负极材料包括金属锂、天然石墨、人造石墨中的一种。
30、优选地，所述锂金属电池的类型包括扣式电池。
31、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
32、1）本专利技术提供的一种聚合物/无机陶瓷复合固态电解质，通过各组分的协同作用，使固态电解质具有高的离子电导率和分解电压，以及较好的机械性能。
33、2）本专利技术提供的固态电解质的制备方法为原位光聚合法，通过光引发聚合反应，在电极材料表面直接生成固态电解质。这种方法可以确保固态电解质与电极之间的接触的真实面积更大且更均匀，有助于提高电解质和电极之间的离子传输效率，从而提高界面性能。
34、3）本专利技术提供的固态电解质应用于锂金属电池的制备，可增强锂金属电池的循环性稳定性及安全性。
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1.一种固态电解质，其特征在于，包括由以下组分制备而成：聚合物单体、锂盐、交联剂、陶瓷颗粒、光引发剂；
2.根据权利要求1所述的一种固态电解质，其特征在于，所述聚合物单体中，含琥珀酸酐基团的单体、含碳酸酯基团的单体和含三氟甲基基团的单体的摩尔百分比为1: (8~14):(5~11)。
3.根据权利要求1所述的一种固态电解质，其特征在于，所述含碳酸酯基团的单体包括碳酸乙烯亚乙酯；所述含琥珀酸酐基团的单体包括辛烯基琥珀酸酐；所述含三氟甲基基团的单体包括甲基丙烯酸三氟乙酯。
4.根据权利要求1所述的一种固态电解质，其特征在于，所述聚合物单体、锂盐、交联剂、陶瓷颗粒的质量比为100: (40~60): (2~6): (6~10)；
5.根据权利要求1所述的一种固态电解质，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种固态电解质，其特征在于，所述交联剂包括三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二羟甲基丙烷四丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸丁二醇
7.根据权利要求1所述的一种固态电解质，其特征在于，所述光引发剂包括安息香双甲醚、2,4,6-三甲基苯甲酰二苯氧磷中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种固态电解质，其特征在于，所述陶瓷颗粒包括锂镧锆氧颗粒、锂锆氧颗粒、锂钙磷颗粒、锂钙锆磷颗粒、钛酸钡颗粒、氮化硼颗粒、纳米氧化铝颗粒中的至少一种。
9.权利要求1~8任一项所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.一种锂金属电池，其特征在于，包括权利要求1~8任一项所述的固态电解质。
...【技术特征摘要】
1.一种固态电解质，其特征在于，包括由以下组分制备而成：聚合物单体、锂盐、交联剂、陶瓷颗粒、光引发剂；
2.根据权利要求1所述的一种固态电解质，其特征在于，所述聚合物单体中，含琥珀酸酐基团的单体、含碳酸酯基团的单体和含三氟甲基基团的单体的摩尔百分比为1: (8~14):(5~11)。
3.根据权利要求1所述的一种固态电解质，其特征在于，所述含碳酸酯基团的单体包括碳酸乙烯亚乙酯；所述含琥珀酸酐基团的单体包括辛烯基琥珀酸酐；所述含三氟甲基基团的单体包括甲基丙烯酸三氟乙酯。
4.根据权利要求1所述的一种固态电解质，其特征在于，所述聚合物单体、锂盐、交联剂、陶瓷颗粒的质量比为100: (40~60): (2~6): (6~10)；
5.根据权利要求1所述的一种固态电解质，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟...
【专利技术属性】
技术研发人员：廖友好，田震，李伟善，朱霨亚，
申请(专利权)人：潮州三环集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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