[發明專利]一種基于纖維狀快離子導體的有機/無機復合固態電解質膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201810988514.0
• 申請日: 2018-08-28
• 公開（公告）號: CN109167094B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 景茂祥;楊華;陳浩;華松;沈湘黔;何特特;涂飛躍;鞠博偉;王艷華;覃事彪
• 申請（專利權）人: 長沙礦冶研究院有限責任公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 魏龍霞

本發明公開了一種基于纖維狀快離子導體的有機/無機復合固態電解質膜，由高比表面多孔纖維狀無機快離子導體(比表面積為180～240m²/g，孔隙率為50％～70％)、聚合物和鋰鹽制成。本發明的制備方法：(1)將聚合物、鋰鹽和纖維狀無機快離子導體依次溶解在有機溶劑中，攪拌均勻，形成聚合物濃度為0.1～1g/mL的均勻溶膠；(2)將溶膠進行成膜，自然干燥，烘干，即得到有機/無機復合固態電解質膜。本發明將具有的高比表面多孔纖維狀快離子導體與聚合物復合，改善電解質的室溫離子導電性，改善纖維狀快離子導體與聚合物之間的界面結合及對鋰鹽的解析作用，同時纖維狀無機快離子導體在聚合物中的力學增強作用可以提高復合電解質的機械性能。

技術領域

本發明屬于固態電池技術領域，尤其涉及一種基于纖維狀快離子導體的有機/無機復合固態電解質膜及其制備方法。

背景技術

全固態鋰離子電池的結構包括正極、電解質、負極，全部由固態材料組成。其中，固態電解質的室溫離子電導率是影響電池性能的最關鍵因素。目前，主流的SPE基體仍為最早被提出的PEO及其衍生物，主要得益于PEO對金屬鋰穩定并且可以更好地解離鋰鹽。然而，由于固態聚合物電解質中離子傳輸主要發生在無定形區，而室溫條件下未經改性的PEO的結晶度高，導致室溫離子電導率較低，只好提高溫度使用，使其工作溫度在60～85℃，對于電池來說，加熱需要的能量也只能來自于自身的儲能，因此會影響續航里程。另外純PEO的電化學穩定窗口低于4V，與高電壓正極相容性差，采用PEO的全固態電池不能采用高電壓電極材料，這直接影響電池能量密度的提升。

近年來，采用有機/無機復合聚合物電解質成為解決上述問題的一種重要方法，因為由聚合物基體和陶瓷填料組成的復合固態電解質與現有鋰電池制造工藝兼容，且陶瓷填料與聚合物在復合界面處的相互作用有利于提高離子電導率。陶瓷粉末的主要作用是解析鋰鹽，提高聚合物的離子電導率，以及改善聚合物電解質的耐熱和力學性能。然而，陶瓷粉末顆粒容易團聚，影響添加量和分布均勻性，且大量添加無機填料會使電解質膜的機械性能大大降低，影響鋰離子電池的安全性。同時，由常規粉末型填料制備的復合固態電解質中隨機取向、非連續分布的異質界面無法充分發揮增強離子電導率的作用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種基于纖維狀快離子導體的有機/無機復合固態電解質膜及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種基于纖維狀快離子導體的有機/無機復合固態電解質膜，所述有機/無機復合固態電解質膜由高比表面多孔纖維狀無機快離子導體、聚合物和鋰鹽制成，所述高比表面多孔纖維狀無機快離子導體的比表面積為180～240m²/g，孔隙率為50％～70％。

上述的有機/無機復合固態電解質膜，優選的，所述高比表面多孔纖維狀無機快離子導體為鋰鑭鋯氧纖維、鉭摻雜鋰鑭鋯氧纖維、鋁摻雜鋰鑭鋯氧纖維、鋰鑭鈦氧纖維、磷酸鍺鋁鋰纖維、磷酸鈦鋁鋰纖維中的一種或幾種。

上述的有機/無機復合固態電解質膜，優選的，所述高比表面多孔纖維狀無機快離子導體的直徑為100～500nm，長度為500nm～20um。

上述的有機/無機復合固態電解質膜，優選的，所述高比表面多孔纖維狀無機快離子導體質量占所述聚合物的1～50％；所述鋰鹽占所述聚合物的5～30％。

上述的有機/無機復合固態電解質膜，優選的，所述有機/無機復合固態電解質膜厚度為5～200um。

上述的有機/無機復合固態電解質膜，優選的，所述聚合物為聚碳酸丙烯酯、聚碳酸乙烯酯、聚碳酸丁烯酯、聚(碳酸丙烯酯)-聚(碳酸環己烯)共聚物、聚碳酸環己烯中的一種或幾種；所述鋰鹽為高氯酸鋰、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、三氟甲基磺酸鋰、六氟磷酸鋰、二草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、六氟砷酸鋰、四氟硼酸鋰中的一種。