[發明專利]一種動力鋰電池用微膠囊薄膜陶瓷固體電解質及制備方法

有效

• 申請號: 201711470551.4
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108134132B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 陳慶;曾軍堂
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出一種動力鋰電池用微膠囊薄膜陶瓷固體電解質及制備方法，將鋰陶瓷電解質研磨至納米級，制備二氧化硅水凝膠與聚氧化乙烯的復合凝膠，然后將納米級陶瓷電解質加入復合凝膠，噴霧干燥得到由凝膠包覆納米陶瓷電解質的的微膠囊，進一步利用射頻磁控濺射法，使微膠囊沉積形成均勻、致密的薄膜固體電解質。本發明通過二氧化硅水凝膠與聚氧化乙烯的復合凝膠包覆在納米陶瓷電解質微粒表面，克服了陶瓷膜受溫度沖擊離子通道不穩定的缺陷，并且將陶瓷電解質利用復合凝膠包覆形成膠囊，阻隔了金屬鋰對電解質中金屬離子的還原，有效防止電子導電。此外，本發明得到的固體電解質膜機械性能良好、適合于連續化批量制備。

技術領域

本發明涉及鋰電池材料領域，具體涉及一種動力鋰電池用微膠囊薄膜陶瓷固體電解質及制備方法。

背景技術

伴隨著經濟全球化的進程和能源需求的不斷高漲，尋找新的儲能裝置已經成為新能源相關領域的關注熱點。鋰離子電池（Li-ion，Lithium Ion Battery）：是一種二次電池（充電電池），它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+ 在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時，Li+從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態；放電時則相反。與鎳鎘、鎳氫電池相比，鋰離子電池具有電壓高、比能量大、循環壽命長、安全性能好、自放電小、無記憶效應、可快速充放電、工作溫度范圍寬等諸多優點，被廣泛用于電動汽車、電動自行車、電動摩托車、太陽能光伏及風力發電儲能系統、智能電網儲能系統、移動通訊基站、電力、化工、醫院備用UPS 、EPS 電源、安防照明、便攜移動電源、礦山安全設備等多種領域。

隨著鋰電池在動力領域的應用，鋰離子電池安全、高容量和長壽命成為關鍵。但由于有機液體電解質容易出現漏液、燃燒等，存在安全隱患，且原料價格高。近些年，固體電解質用于鋰離子電池得到了迅速的發展。其中，陶瓷電解質用于鋰離子電池具有安全性好、造價低、環境友好和工作溫度范圍寬的特點，在高比能量的大型動力鋰離子電池中有很好的應用前景。陶瓷固體電解質的種類很多，從結構上看，主要包括 NASICON 結構的鋰陶瓷電解質、鈣鈦礦型鋰陶瓷電解質、LISICON 型鋰陶瓷電解質、Li₃N 型鋰陶瓷電解質、鋰化BPO₄導鋰陶瓷電解質和以Li₄SiO₄為母體的鋰陶瓷電解質等。

為了可以提高陶瓷的燒結性能，降低晶粒邊界電阻，提高材料的導電性，往往對上述結構電解質材料進行摻雜改性，如摻鋁材料 Li_1+xTi_{2- x}Al_xP₃ O₁₂ 中Al³⁺部分取代Ti ⁴⁺后，一些 P 碎片從晶體中被擠出來，并在晶粒間區域以玻璃相的形式存在，從而提高了陶瓷的燒結度，降低了晶粒邊界電阻。Li₂O、Li ₃PO ₄、Li ₃BO ₃、Li₂CO ₃、LiNO₃、MgO、Y₂O ₃、LiOH等作為添加劑可大幅度降低陶瓷的孔隙率，從而提高離子電導率。

中國發明專利申請號201610552382.8公開了一種固體陶瓷電解質磷酸鈦鋁鋰的合成方法，凝膠前驅體制備、材料熱處理、材料晶化處理，本發明合成工藝相對寬松，易于控制且采用該工藝制備的磷酸鈦鋁鋰，各原料由于達到了分子水平上的均勻混合，電導率較高，但是該方案制備的陶瓷電解質雖然能夠滿足電導率的要求，但是制備成薄膜較脆，機械強度有待提高。

中國發明專利申請號200910045906.4公開了鋰離子電池電解質陶瓷膜的制備方法，采用流延法，選用化學式為