[發明專利]一種柔性三維固態電解質隔膜的制備方法

有效

• 申請號: 201710992747.3
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN107887554B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 龍佳;胡韜;解明
• 申請（專利權）人: 柔電（武漢）科技有限公司
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16;H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 張濤

本發明屬于鋰離子電池技術領域，涉及一種柔性三維固態電解質隔膜的制備方法，首先將納米纖維加入到溶劑中配制成納米纖維懸浮液；然后將鋰離子導電陶瓷顆粒加入到納米纖維懸浮液中高速攪拌，經冷凍干燥后得到陶瓷顆粒/納米纖維三維多孔復合支架；將鋰鹽加入到聚環氧乙烷的乙腈溶液中高速攪拌，得到鋰鹽?聚環氧乙烷混合液；再將陶瓷顆粒/納米纖維三維多孔復合支架浸泡在鋰鹽?聚環氧乙烷混合液中，經干燥及熱壓處理后得到柔性三維固態電解質隔膜。本發明通過鋰將離子導電陶瓷均勻附著在納米纖維上形成三維多孔支架，延長鋰離子在聚合物基質中的傳輸路徑，進而實現固態復合電解質隔膜在室溫下具有高的離子電導率、優異的電化學穩定性和柔韌性。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種柔性三維固態電解質隔膜的制備方法。

背景技術

隨著柔性電子設備的開發，柔性儲能系統已經朝高容量、高安全性和長壽命方向發展。全固態鋰離子電池具有高的安全性能成為研究的熱點。與傳統液態電解質鋰離子電池相比，全固態鋰離子電池具有明顯的優點：1）更高的比能量和能量密度(＞300 Wh/kg)；2）更寬的溫度適用范圍；3）自放電速率小；4）良好的安全性能，無電解液泄露的隱患；4）循環過程中無副反應發生，具有更長的循環壽命；5）電化學窗口＞5 V，可以匹配高電壓正極材料；6）電解質機械強度高、形狀可控，全固態鋰離子電池易加工成型。全固態鋰離子電池在柔性儲能領域中具有顯著的應用前景。

固態電解質作為全固態鋰離子電池的核心部分，它實現正負極活性物質之間鋰離子的傳遞，同時也可以作為隔膜分隔正負極防止內部短路。一般而言，固態電解質在室溫下離子電導率較低，從而限制了它的應用。通過在聚合物基質中添加離子導電填充物可以提高固態電解質在室溫下的離子電導率，這主要是因為納米填充顆粒可以延長離子在聚合物基質中的傳輸路徑。然而，納米填充物容易在聚合物基質中聚集和團聚，使得離子導電顆粒在聚合物基質中形成孤島分布，不能有效提高聚合物電解質的離子電導率。采用纖維狀結構的納米導電填充物可以改善上述問題，但是無機物自身較脆的特性導致聚合物電解質不具備良好的柔韌性。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種柔性三維固態電解質隔膜的制備方法，該復合固態電解質隔膜不僅具有高的離子電導率、優異的電化學穩定性和柔韌性，還能在柔性鋰離子電池或其他電化學儲能系統中得到廣泛的應用。

為實現上述目的，本發明的技術方案為一種柔性三維固態電解質隔膜的制備方法，該方法包括以下步驟：

步驟一：將納米纖維加入到溶劑中，超聲分散配制成納米纖維懸浮液；

步驟二：將鋰離子導電陶瓷顆粒加入到上述納米纖維懸浮液中攪拌，使納米陶瓷顆粒均勻分布于納米纖維基體中，經冷凍干燥后得到陶瓷顆粒/納米纖維三維多孔復合支架；

步驟三：將鋰鹽加入到聚環氧乙烷的乙腈溶液中攪拌，得到鋰鹽-聚環氧乙烷混合液；

步驟四：將得到的陶瓷顆粒/納米纖維三維多孔復合支架浸泡在鋰鹽-聚環氧乙烷混合液中，經干燥及熱壓處理后得到陶瓷顆粒/納米纖維增強的聚環氧乙烷基柔性三維固態電解質隔膜。

進一步地，所述步驟一中的納米纖維為細菌納米纖維或植物納米纖維；溶劑為超純水、異丙醇、無水乙醇或正丁醇中的任意一種。

進一步地，所述納米纖維的分散濃度為5mg/mL-20mg/mL。

進一步地，所述步驟二中的鋰離子導電陶瓷顆粒為鋁酸鋰、氮化鋰、二氧化硅、氧化鋁或石榴石型Li_6.4La₃Zr₂Al_0.2O₁₂鹽中的任意一種。

進一步地，所述陶瓷顆粒/納米纖維三維多孔復合支架中各組分所占的質量百分比為：所述陶瓷顆粒80-95，所述納米纖維5-20。