[發明專利]一種硫化物全固態電解質復合隔膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201811077989.0
• 申請日: 2018-09-16
• 公開（公告）號: CN109411671A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 武建飛;牛全海;孫士美
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16;H01M10/0525;B82Y30/00
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本發明屬于鋰離子電池技術領域，涉及一種硫化物全固態電解質復合隔膜及其制備方法，該類硫化物全固態電解質復合隔膜是由納米纖維、硫化物全固態電解質以及其他高分子材料組成。首先將高分子材料加入到溶劑中配置成漿料；然后將納米纖維加入到漿料中高速攪拌分散；最后將硫化物全固態電解質加入到上述漿料中超聲波攪拌分散形成混合漿料，經涂布、干燥、剝離、輥壓后形成具有三維支架的硫化物全固態電解質復合隔膜。本發明通過將高離子電導率的硫化物全固態電解質均勻附著在納米纖維上形成三維支架，不但具有較大的機械強度且厚度均勻，經過輥壓后縮短鋰離子在電解質層中的傳輸路徑，實現固態電解質在室溫下具有高的離子電導率、明顯改善電池的電化學性能，且易于實現工業化生產，可用于大容量、高功率高能量密度的鋰離子全固態電池。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種硫化物全固態電解質復合隔膜及其制備方法。

背景技術

由于鋰離子電池具有能量密度大、循環壽命長、工作電壓高等優點，被廣泛用于數碼電子產品。近年來迫于環境、資源方面的壓力在全球范圍內掀起電動汽車的熱潮，鋰離子電池被用來作為混合動力汽車、純電動汽車的動力電源儲能設備。傳統采用液態電解質的鋰離子電池對水分敏感，易燃，易引起爆炸，使得鋰離子電池的安全性和可靠性受到質疑。為了解決傳統鋰離子電池的安全性問題，全固態電池成為研究熱點。該類電池的工作原理與傳統鋰電相同，只是采用固態電解質取代也態電解質和隔膜。與傳統液態電池相比，全固態電池具有以下幾方面的優勢：（1）具有優良的安全性能，無電解液泄露的隱患，不易起火爆炸；（2）具有更高的質量能量密度和體積能量密度，有利于電動汽車實現更長的續航能力；（3）更寬的溫度使用范圍，滿足電池在更多種環境下使用；（4）較寬的電化學窗口，即使在5V電壓下，電解質依然可以穩定工作。因此全固態鋰離子電池具有非常美好的應用前景。

固態電解質作為全固態電池的核心部分，他實現正負極活性物質之間鋰離子的傳遞，同時作為隔膜分隔正負極防止內部短路。硫化物固態電解質具有和液態電解質相當的鋰離子電導率，但是目前傳統的電池生產工藝不適用硫化物全固態電池的生產，尤其是單體容量大的硫化物全固態電池。這是由于在生產過程中很難控制電解質材料的厚度均勻分布，同時粘結劑的使用會極大地降低硫化物固態電解質的離子電導率。同時硫化物固態電解質作為無機物自身較脆的特性導致電解質不具有良好的柔韌性和機械強度，這都嚴重影響硫化物全固態電解質的工業化生產應用。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種硫化物全固態電解質復合隔膜，該復合隔膜是將超高離子電導率的硫化物全固態電解質均勻附著在納米纖維三維支架上，不但具有較大的機械強度厚度均勻，經過輥壓后縮短鋰離子在電解質層中的傳輸路徑，實現固態電解質在室溫下具有高的離子電導率、明顯改善電池的電化學性能，且易于實現工業化生產，可用于大容量、高功率高能量密度的鋰離子全固態電池。

本發明的另一目的在于提供一種上述硫化物固態電解質復合隔膜的制備方法。

本發明提供的硫化物全固態電解質復合隔膜，由納米纖維、硫化物全固態電解質以及其他高分子材料組成。其中：所述高分子材料為PVDF、BR、NBR、SBR中的一種；所述溶劑為NMP、二甲苯、甲苯、正庚烷中的一種；所述納米纖維為PP、PET、PE、黏膠、無機纖維或植物纖維中的一種；所述硫化物全固態電解質為：80Li₂S-20P₂S₅、75Li₂S-25P₂S₅、70Li₂S-30P₂S₅、Li_3.25Ge_0.25P_0.75S₄（LGPS）中的一種。

本發明提供上述硫化物固態電解質復合隔膜的制備方法，具體步驟為：

（1）將所述高分子材料加入到溶劑中攪拌使溶解，得到澄清透明的高分子材料溶液；