[發(fā)明專利]一種準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810189581.6
• 申請(qǐng)日: 2018-03-08
• 公開（公告）號(hào): CN108365260B
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝健;朱崇佳;孫秋實(shí);曹高劭;趙新兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M10/0562
• 分類號(hào): H01M10/0562
• 代理公司: 33224 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 朱朦琪<國(guó)際申請(qǐng)>=<國(guó)際公布>=<進(jìn)入

本發(fā)明公開了一種準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)，原料組成包括聚合物、陶瓷電解質(zhì)、鋰鹽和離子液體；所述聚合物包括聚偏氟乙烯?六氟丙烯和聚碳酸亞丙酯；所述陶瓷電解質(zhì)包括主相磷酸鈦鋁鋰和雜相TiP₂O₇/TiO₂；所述離子液體為含氟的咪唑類離子液體。本發(fā)明公開了一種準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)，具有高的機(jī)械強(qiáng)度并兼顧韌性，高的室溫鋰離子電導(dǎo)率，以及與金屬鋰負(fù)極和氧化物正極高的化學(xué)/電化學(xué)穩(wěn)定性，用于金屬鋰電池、鋰空氣電池及鋰硫電池，可實(shí)現(xiàn)良好的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新型鋰電池固態(tài)電解質(zhì)領(lǐng)域，具體涉及一種準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)動(dòng)力電池能量密度的要求越來越高，而傳統(tǒng)的鋰離子電池的能量密度已接近瓶頸值，開發(fā)新型鋰電池系統(tǒng)成為目前的迫切需要。將金屬鋰代替鋰離子電池的石墨負(fù)極，可以顯著提高電池的能量密度、以及減少電池的體積。但金屬鋰與液態(tài)電解質(zhì)的相容性較差，而且金屬鋰在反復(fù)的充放電過程中易形成枝晶，易刺破隔膜從而引發(fā)安全問題。通過將固態(tài)電解質(zhì)代替液態(tài)電解質(zhì)，可以一定程度上緩解鋰枝晶問題，但常見的固態(tài)電解質(zhì)(如聚合物、陶瓷、聚合物/陶瓷復(fù)合物等)鋰離子室溫電導(dǎo)率普遍比較低，需要加入液態(tài)增塑劑才能提高室溫鋰離子電導(dǎo)率。但常見的有機(jī)增塑劑往往會(huì)和金屬鋰反應(yīng)，降低鋰負(fù)極的循環(huán)壽命。

另一方面，上述固態(tài)電解質(zhì)中，聚合物雖然具有較好的機(jī)械性能及與鋰好的相容性，但室溫鋰離子電導(dǎo)率較低，而常見的無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)，如NASICON型、硫化物、鈣鈦礦型，雖然室溫鋰離子電導(dǎo)率較高，但與鋰的相容性較差且機(jī)械強(qiáng)度較差，在實(shí)際應(yīng)用中往往需要將聚合物和無機(jī)電解質(zhì)相復(fù)合，提高整體性能，即機(jī)械穩(wěn)定性、與鋰相容性、鋰離子電導(dǎo)率等。

如公開號(hào)為CN 105070946 A的中國(guó)專利文獻(xiàn)中公開了一種用于鋰離子電池或鋰硫電池的納米結(jié)構(gòu)準(zhǔn)固體電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用，該納米結(jié)構(gòu)準(zhǔn)固體電解質(zhì)是由無機(jī)有機(jī)雜化框架材料吸附離子導(dǎo)電劑形成的宏觀固態(tài)電解質(zhì)材料；其制備方法是在保護(hù)氣氛下將無機(jī)有機(jī)雜化框架材料浸泡在離子導(dǎo)電劑中充分混合，然后將多余溶劑揮發(fā)；制得的納米結(jié)構(gòu)準(zhǔn)固體電解質(zhì)具有較高的鋰離子電導(dǎo)率，可以同時(shí)取代傳統(tǒng)鋰離子電池中的有機(jī)電解液和隔膜。但不同于固態(tài)陶瓷電解質(zhì)，無機(jī)有機(jī)雜化框架材料只起到吸附離子的功能，本身無鋰離子傳輸性能，并且作為準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)膜的主要組分由于脆性會(huì)影響電解質(zhì)膜的機(jī)械性能。另外，所列舉的聚合物一般作為鋰電池的粘結(jié)劑使用，且使用量較低，在準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)中很難作為成膜主體成分提高電解質(zhì)膜柔性及吸附液態(tài)電解質(zhì)成為鋰離子導(dǎo)體的作用。

又如公開號(hào)為CN 107645013 A的中國(guó)專利文獻(xiàn)中公開了一種復(fù)合準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)膜及其制備方法，該復(fù)合準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)膜包括固體電解質(zhì)、含鋰鹽的液體電解液、無機(jī)納米顆粒、以及粘結(jié)劑。該復(fù)合準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)具有較高電導(dǎo)率，能有效降低液體電解液的含量。但陶瓷電解質(zhì)與金屬鋰存在界面穩(wěn)定性問題，液態(tài)電解液也存在與金屬鋰的界面穩(wěn)定性問題，從而影響鋰負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述問題，公開了一種準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)，具有高的機(jī)械強(qiáng)度并兼顧韌性，高的室溫鋰離子電導(dǎo)率，以及與金屬鋰負(fù)極和氧化物正極高的化學(xué)/電化學(xué)穩(wěn)定性，用于金屬鋰電池、鋰空氣電池及鋰硫電池，可實(shí)現(xiàn)良好的電化學(xué)性能。

具體技術(shù)方案如下：

一種準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)，原料組成包括聚合物、陶瓷電解質(zhì)、鋰鹽和離子液體；

所述聚合物包括聚偏氟乙烯-六氟丙烯和聚碳酸亞丙酯；

所述陶瓷電解質(zhì)包括主相磷酸鈦鋁鋰和雜相TiP₂O₇/TiO₂；

所述離子液體為含氟的咪唑類離子液體。

本發(fā)明中，通過優(yōu)化聚合物的組分、陶瓷電解質(zhì)的組分，并引入特定組成的離子液體增塑劑，從而獲得了力學(xué)性能及化學(xué)/電化學(xué)性能優(yōu)異的準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)。