[發明專利]一種柔性無機固態電解質薄膜及其制備和應用

有效

• 申請號: 201810614641.4
• 申請日: 2018-06-14
• 公開（公告）號: CN108808075B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 王宏志;孫健其;李耀剛;張青紅;侯成義
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/058;H01M10/0525
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達

本發明涉及一種柔性無機固態電解質薄膜及其制備和應用，所述柔性無機固態電解質薄膜為：通過靜電吸附劑鋰離子，使氧化石墨與Li_6.75La₃Zr_1.75Nb_0.25O₁₂LLZN無機固態電解質顆粒復合形成薄膜。制備：將LLZN分散液攪勻后倒入有濾膜的砂芯上，抽濾，再倒入氧化石墨分散液，真空抽濾，烘干，即得。本發明制備方法簡單，成本低廉，易于產業化。所制得的無機固態電解質薄膜重量輕，同時具有很好的柔性、良好的離子電導率和優異的安全性能，在柔性電子儲能器件、柔性傳感和柔性顯示等領域有著廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于固態電解質材料及其制備和應用領域，特別涉及一種柔性無機固態電解質薄膜及其制備和應用。

背景技術

隨著人們生活水平的提高和科技智能化產業的迅速發展，各式各樣的可移動式電子通訊設備、柔性顯示器件和柔性可穿戴電子設備快速涌現。同時，這些設備器件也對能源存儲器件提出了新的更高的要求：安全、柔性和輕便。鋰離子電池，由于較高的工作電壓和能量密度，低自放電率，相對較小的環境污染等優勢，成為理想的能源存儲載體。然而，傳統的鋰離子電池本身是剛性的，所使用的電解質為液態電解液，在工作過程中會因為鋰枝晶的形成而刺穿隔膜，造成電池內部短路，進而發生燃燒甚至爆炸。

無機固態電解質，具有較高的離子電導率、更高的耐受工作電壓、自身的不可燃性和能夠抑制鋰枝晶生長等特點，在電化學器件、高能量密度電池(動力汽車)和高工作電壓電池等(Bachman,J.C.,et al.Chemical Reviews,2016,47(12),140-162)諸多領域展現出光明的應用前景，成為替代目前液態離子電解質最具希望的新一代鋰離子電池電解質。近年來，研究人員通過大量的實驗研究和理論計算發現：石榴石型無機固態電解質是最具有應用前景和開發價值的固態電解質(Thangadurai,V.,et al.Journal of PhysicalChemistry Letters,2015,6(2),292-299)，在室溫下，總離子電導率(體離子電導率和晶界離子電導率的總和)可以達到10^-3S·cm^-1數量級，這一數值與液態離子電解質相當。其穩定工作電壓窗口可以達到6V，同時，對于鋰負極和高壓鋰氧化物正極材料表現出優異的化學穩定性和相容性。

目前，無機固態電解質的制備方法包括溶膠-凝膠法、熔鹽法、高溫固相合成法、磁控濺射法、放電等離子體燒結法等。普通的溶膠-凝膠法和熔鹽法需要在凝膠烘干后再進行多次煅燒方可得到高純相產物；高溫固相合成法需要長時間和多次數的球磨和煅燒；磁控濺射法和放電等離子體燒結法雖然可以快速的得到高純相產物，但是產量低，且設備成本極高。以上方法普遍存在制備流程復雜，成本高的缺點，與此同時，這些方法的產物多為顆粒或剛性塊體，這也是制約無機固態電解質發展和應用范圍的重要因素。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種柔性無機固態電解質薄膜及其制備和應用，克服了現有技術中制備流程復雜，設備要求高，生產成本高，且所得到的薄膜重量不夠輕薄，柔性、離子導電率和安全性能差的缺陷。

本發明首次將高純相LLZN顆粒與氧化石墨復合，所得到的無機固態電解質薄膜具有很好的柔性，室溫下離子電導率可達1.43×10^-4S·cm^-1。

本發明的一種柔性無機固態電解質薄膜，通過靜電吸附劑鋰離子，使氧化石墨與Li_6.75La₃Zr_1.75Nb_0.25O₁₂LLZN石榴石型無機固態電解質顆粒復合形成薄膜。

本發明的一種柔性無機固態電解質薄膜的制備方法，包括：