【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池领域，尤其涉及固态锂电池，具体涉及一种固态电解质及其制备方法、复合纳米纤维膜、全固态锂电池。
技术介绍
1、锂电池具备能量密度高、重量轻的优势，已经成为目前中小型电子产品的首选电池；同时，锂电池的超高能量密度使得它有机会满足无人机等智能设备对高性能电池的需求。目前商业化的锂电池中使用的电解质主要为液态、凝胶态或固态，其中液态电解质由于大量有机溶剂的存在，导致了其存在泄露、燃烧和爆炸的安全隐患，而凝胶态电解质是将电解液吸附到聚合物基质上，虽然能够有效避免漏液，但没有从根本上替换可燃成分，仍然存在很大的安全隐患；相比前两者，固态电解质中不再使用有机溶剂，在保证了锂电池原有能量密度的前提下，还具备高安全性，将会有很大的前景。
2、固态电解质作为全固态锂电池中的关键部分，理想情况的固态电解质应有能与液体电解质媲美的高离子电导率、稳定的电极电解质中间相、宽的电化学窗口以及优异的机械性能。
3、一般而言，固态电解质可分为3类：无机固态电解质、有机聚合物固态电解质和有机-无机复合固态电解质，其中：
4、无机固态电解质具有在室温下接近于液态电解质高的离子电导率、优异的机械强度和良好的电化学/热稳定性；然而，制造困难、严重的界面副反应、成本高和环境稳定性差限制了无机固态电解质的实际应用；
5、有机聚合物固态电解质由聚合物基体和游离锂盐组成，其中li+可以随着聚合物链的分段运动在基体中迁移；与传统的液体电解质相比，在没有额外添加有机溶剂的情况下形成的有机聚合物固态电解质具有一些突出的
6、有机-无机复合固态电解质理论上可以结合无机固态电解质的高导电性和高机械强度，以及有机聚合物固态电解质的优异加工性能，被认为是最有实际应用前景的固态电解质材料。但目前的种类较少，而且部分还存在制备复杂以及使用效果较为不理想的问题。
7、需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此本专利技术的背景部分可以包含关于本专利技术的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在
技术介绍
部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服现有技术中的一个或多个不足，提供一种新的固态电解质的制备方法，该方法制备出一种新的固态电解质，该固态电解质通过卷曲状的聚酰亚胺纤维和具有三维网络结构的钆掺杂氧化铈陶瓷纳米纤维的同时引入，在为锂离子提供长程有序的传输通道的基础上还可以在正负极之间构筑出趋向于垂直的离子传输通路，有利于促进锂盐的解离并加快锂离子的传输，进而提高电池性能。
2、本专利技术同时还提供了一种上述制备方法制成的固态电解质。
3、本专利技术同时还提供了一种复合纳米纤维膜，其能够用于制备固态电解质。
4、本专利技术同时还提供了一种包含上述复合纳米纤维膜或固态电解质的全固态锂电池。
5、为达到上述目的，本专利技术采用的一种技术方案是：一种固态电解质的制备方法，所述制备方法包括：
6、将二酐化合物、二胺化合物和第一溶剂混合，制成聚酰亚胺前驱体纺丝液；
7、将铈盐、钆盐、酸、第二溶剂和助纺剂混合，制成钆掺杂氧化铈前驱体纺丝液；
8、将所述聚酰亚胺前驱体纺丝液、所述钆掺杂氧化铈前驱体纺丝液分别通过静电纺丝方法纺在同一区域，得到包含聚酰亚胺前驱体初生纳米纤维和钆掺杂氧化铈前驱体初生纳米纤维的复合前驱体初生纳米纤维膜，然后在350-450℃下煅烧，制成包含聚酰亚胺纳米纤维和钆掺杂氧化铈陶瓷纳米纤维的复合纳米纤维膜；
9、将聚合物、锂盐和第三溶剂混合，制成混合溶液，然后将所述混合溶液均匀施加在所述复合纳米纤维膜上，干燥，制成所述固态电解质。
10、根据本专利技术的一些优选且具体的方面，所述二酐化合物包含芳香族二酐化合物和/或脂肪族二酐化合物。
11、根据本专利技术的一些优选且具体的方面，所述二胺化合物包含芳香族二胺化合物和/或脂肪族二胺化合物。
12、在本专利技术的一些实施方式中，所述二酐化合物包含均苯四甲酸二酐。
13、在本专利技术的一些实施方式中，所述二胺化合物包含4,4'-二氨基二苯醚。
14、在本专利技术的一些实施方式中，所述二酐化合物与所述二胺化合物的投料摩尔比为1∶0.95-1.05。根据本专利技术的一个具体方面，所述二酐化合物与所述二胺化合物的投料摩尔比约为1∶1。
15、在本专利技术的一些实施方式中，所述第一溶剂包含n,n-二甲基甲酰胺。
16、在本专利技术的一些实施方式中，所述聚酰亚胺前驱体纺丝液的质量浓度为25%-35%。
17、在本专利技术的一些实施方式中，所述第二溶剂包含n,n-二甲基甲酰胺。
18、在本专利技术的一些实施方式中，所述钆掺杂氧化铈前驱体纺丝液的质量浓度为10%-32%。
19、根据本专利技术的一些优选且具体的方面，所述铈盐为硝酸铈和/或醋酸铈。
20、根据本专利技术的一些优选且具体的方面，所述钆盐为硝酸钆和/或醋酸钆。
21、在本专利技术的一些实施方式中，所述铈盐、所述钆盐可以各自独立地为不含结晶水的盐，或者含有结晶水的盐，均可以商购获得。在本专利技术的一些实施方式中，所述铈盐为ce（no3）3·6h2o，所述钆盐为gd（no3）3·6h2o。
22、根据本专利技术的一些优选且具体的方面，所述铈盐与所述钆盐的投料摩尔比为8-10∶1。
23、根据本专利技术的一些优选且具体的方面，所述酸为柠檬酸和/或醋酸。
24、根据本专利技术的一些优选且具体的方面，所述钆掺杂氧化铈前驱体纺丝液中，所述酸的投料摩尔量与所述铈盐和所述钆盐的总投料摩尔量之比为1-3∶1。
25、根据本专利技术的一些优选且具体的方面，所述助纺剂为聚乙烯吡咯烷酮。
26、根据本专利技术的一些优选且具体的方面，所述钆掺杂氧化铈前驱体纺丝液中，以质量百分含量计，所述助纺剂的添加质量占所述第二溶剂的添加质量的14%-18%。
27、在本专利技术的一些实施方式中，所述静电纺丝方法的工作参数为：控制电场的电压为25-35kv，纺丝接收距离为15-25cm，溶液挤出速度为0.3-0.7ml/h。
28、在本专利技术的一些实施方式中，将所述聚酰亚胺前驱体纺丝液、所述钆掺杂氧化铈前驱体纺丝液分别装在各自的纺丝管中，然后纺在同一接收区域，例如纺丝管的纺丝针头可以接正极，接收区域可以接负极，纺成包含聚酰亚胺前驱体初生纳米纤维和钆掺杂本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种固态电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
2.根据权利要求1所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述二酐化合物包含芳香族二酐化合物和/或脂肪族二酐化合物，所述二胺化合物包含芳香族二胺化合物和/或脂肪族二胺化合物。
3.根据权利要求1或2所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述二酐化合物包含均苯四甲酸二酐，所述二胺化合物包含4,4'-二氨基二苯醚；和/或，所述二酐化合物与所述二胺化合物的投料摩尔比为1∶0.95-1.05。
4.根据权利要求1所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂包含N,N-二甲基甲酰胺，所述聚酰亚胺前驱体纺丝液的质量浓度为25%-35%；和/或，所述第二溶剂包含N,N-二甲基甲酰胺，所述钆掺杂氧化铈前驱体纺丝液的质量浓度为10%-32%。
5.根据权利要求1所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述铈盐为硝酸铈和/或醋酸铈，所述钆盐为硝酸钆和/或醋酸钆；和/或，所述铈盐与所述钆盐的投料摩尔比为8-10∶1。
6.根据权利要求1所述的固态电解质的制备方法，其特征在
7.根据权利要求1所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝方法的工作参数为：控制电场的电压为25-35kV，纺丝接收距离为15-25cm，溶液挤出速度为0.3-0.7mL/h。
8.根据权利要求1所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，以质量百分含量计，所述复合纳米纤维膜中，所述钆掺杂氧化铈陶瓷纳米纤维的质量百分含量为4%-12%。
9.根据权利要求1所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述复合纳米纤维膜中，所述聚酰亚胺纳米纤维至少部分呈卷曲状。
10.根据权利要求1所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为380-450℃。
11.根据权利要求1所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述聚合物包含聚氧化乙烯，所述锂盐包含双三氟甲烷磺酰亚胺锂，且控制所述聚氧化乙烯中的结构单元氧化乙烯与所述双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的锂的摩尔比为8-20∶1；和/或，所述第三溶剂为乙腈，以质量百分含量计，所述混合溶液中，所述聚合物的质量百分含量为8%-20%。
12.根据权利要求1所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，采用喷涂、刮涂或浸渍的方式将所述混合溶液施加到所述复合纳米纤维膜上，且以质量百分含量计，控制所述固态电解质中，所述复合纳米纤维膜占所述固态电解质的总质量的20%-40%。
13.一种权利要求1-12中任一项所述的固态电解质的制备方法制成的固态电解质。
14.一种复合纳米纤维膜，用于制备固态电解质，其特征在于，所述复合纳米纤维膜的制备方法包括：
15.一种全固态锂电池，其特征在于，该全固态锂电池包括正极、负极，以及设置在所述正极与所述负极之间的电解质；
...【技术特征摘要】
1.一种固态电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
2.根据权利要求1所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述二酐化合物包含芳香族二酐化合物和/或脂肪族二酐化合物，所述二胺化合物包含芳香族二胺化合物和/或脂肪族二胺化合物。
3.根据权利要求1或2所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述二酐化合物包含均苯四甲酸二酐，所述二胺化合物包含4,4'-二氨基二苯醚；和/或，所述二酐化合物与所述二胺化合物的投料摩尔比为1∶0.95-1.05。
4.根据权利要求1所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂包含n,n-二甲基甲酰胺，所述聚酰亚胺前驱体纺丝液的质量浓度为25%-35%；和/或，所述第二溶剂包含n,n-二甲基甲酰胺，所述钆掺杂氧化铈前驱体纺丝液的质量浓度为10%-32%。
5.根据权利要求1所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述铈盐为硝酸铈和/或醋酸铈，所述钆盐为硝酸钆和/或醋酸钆；和/或，所述铈盐与所述钆盐的投料摩尔比为8-10∶1。
6.根据权利要求1所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述酸为柠檬酸和/或醋酸，所述酸的投料摩尔量与所述铈盐和所述钆盐的总投料摩尔量之比为1-3∶1；和/或，所述助纺剂为聚乙烯吡咯烷酮，以质量百分含量计，所述助纺剂的添加质量占所述第二溶剂的添加质量的14%-18%。
7.根据权利要求1所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝方法的工作参数为：控制电场的电压为25-35kv，纺丝接收距离为1...
【专利技术属性】
技术研发人员：钮惠祥，高鲁，罗宇琪，康俊宝，康卫民，张省委，
申请(专利权)人：苏州盛虹纤维有限公司，
类型：发明
国别省市：
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