[發明專利]一種復合聚合物固態電解質膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201811377496.9
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109546211A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 楊書廷;高志文;王秋嫻;岳紅云;王兆翔;陳立泉
• 申請（專利權）人: 河南電池研究院有限公司;河南師范大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 張兵兵

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種復合聚合物固態電解質膜及其制備方法。本發明的復合聚合物固態電解質膜的制備方法包括以下步驟：（1）將無機填料、鋰鹽及至少兩種聚合物混合均勻，然后造粒，得粒料；（2）將粒料烘干，然后注塑成膜，得復合聚合物固態電解質膜。本發明的制備工藝簡單高效，生產不依賴有機溶劑，對環境友好，并且可以降低成本，有利于大規模生產。利用本發明的方法制備的復合聚合物固態電解質膜的60℃離子電導率可達到10^?3 S/cm，拉伸斷裂強度滿足電解質膜需求。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種復合聚合物固態電解質膜及其制備方法。

背景技術

21世紀以來，能源的不足和環境的污染逐漸被公眾所重視，尋找一種綠色高效的儲能方式和動力傳輸方式意義重大。在眾多的儲能設備中，鋰離子電池因其具有比能量高、無記憶、綠色環保等優點，已經在便攜設備中得到廣泛使用。與采用液體電解液相比，固態二次電池在高能量密度和安全性方面具有顯著的潛在優勢，近年來成為國內外的研究熱點。作為固態二次鋰電池的核心組成，固態電解質需要具備高離子電導率、寬電化學窗口、力學性能優以及抑制鋰枝晶生長等特性。

在現有的固態電解質膜制備工藝中，多采用流延成膜或靜電紡絲的方法制備電解質膜。但是上述兩種方法均依賴于有機溶劑才可成膜，對環境不友好，污染較大。

發明內容

本發明的目的在于提供一種復合聚合物固態電解質膜的制備方法，該方法不使用有機溶劑，對環境友好。

本發明的目的還在于提供一種使用上述方法制備的復合聚合物固態電解質膜，該復合物固態電解質膜機械性能好，離子電導率高。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種復合聚合物固態電解質膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)將無機填料、鋰鹽及至少兩種聚合物混合均勻，然后造粒，得粒料；

(2)將粒料烘干，然后注塑成膜，得復合聚合物固態電解質膜。

本發明采用塑料制品的制備過程中的成熟的造粒、注塑工藝制備復合聚合物固態電解質膜。制備過程中不依賴于有機溶劑，對環境友好。本發明的制備工藝簡單高效，有利于大規模生產。

步驟(1)所述至少兩種聚合物為PVC、POE、SEBS、PC、PEO、PET、PA-6、TPU、POM、PVDF、PVDF-HFP、PPO、PMMA中的至少兩種。本發明采用兩種或兩種以上的聚合物共混，在保留單一聚合物優良的導鋰離子性能的同時可以改善聚合物電解質膜的機械性能。

所述聚合物的總重量為復合聚合物固態電解質膜總重量的5％～95％。當復合聚合物固態電解質膜中聚合物的含量較低時，無機顆粒是主要的鋰離子傳輸通道，此時聚合物可以消除無機界面接觸的問題，將點狀離子通道轉變為面狀，有利于提高電解質的離子電導率。當復合聚合物固態電解質膜中聚合物的含量較高時，聚合物作為主體形成連續穩定的傳輸通道。

步驟(1)所述無機填料為非活性無機填料和/或活性無機填料；所述非活性無機填料為碳酸鈣、二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦、氧化鈰、氧化鋅、氧化錫、氧化鎂、氧化鋯中的至少一種，所述活性無機填料為鋰鑭鋯鉭氧、磷酸鈦鋁鋰、磷酸鈦鍺鋰、鋰鑭鋯氧、鋰鑭鋯鈮氧、偏鋁酸鋰、磷酸鍺鋁鋰、氮化鋰中的至少一種。無機填料可使固態電解質膜的離子電導率提高。

所述無機填料的重量為復合聚合物固態電解質膜總重量的2.5％～90％。當無機填料較低時，無機顆粒在其中起到調節電解質機械性能、降低結晶度、提高電導率的作用。當無機填料含量較高時，無機顆粒是主要的鋰離子傳輸通道。