[發明專利]一種無機-有機納米復合固態電解質隔膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201811469042.4
• 申請日: 2018-12-04
• 公開（公告）號: CN109638349B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 王俊中;趙政
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/058;H01M10/0525
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

1.一種固態鋰金屬電池，其特征在于：所述固態鋰金屬電池包括金屬鋰片負極、正極和無機-有機納米復合固態電解質隔膜，正極為活性物質、導電炭黑、固態聚合物電解質、鋰鹽按質量比X：1：0.75(9-X)：0.25(9-X)，其中x=6-8，在有機溶劑中混勻制漿涂布在鋁箔上制成；其中活性物質為磷酸鐵鋰、鈷酸鋰中一種；所述有機溶劑為N-甲基吡咯烷酮、N,N-甲基甲酰胺、乙腈中的一種；將固態電解質隔膜置于正極、負極之間，隔膜涂布有無機陶瓷固態電解質的保護層接觸鋰片，而含有固態聚合物電解質和鋰鹽的另一面界面層向上接觸正極；

其中，無機-有機納米復合固態電解質隔膜包括支撐層、保護層和界面層；支撐層選用聚合物無紡布，在其一面涂覆以含固態聚合物電解質和鋰鹽構成的界面層，在其另一面涂覆以固態聚合物電解質和無機陶瓷電解質顆粒保護層；所述界面層中鋰鹽和固態聚合物電解質的質量比為1:2-1:4，界面層厚度為50-150μm；所述保護層中無機陶瓷電解質顆粒的平均粒徑為0.01-5.0μm，保護層厚度為20-50μm，無機陶瓷電解質顆粒在保護層中的含量占85-90wt%；

所述界面層和保護層中的固態聚合物電解質為聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚乙二醇、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的一種聚合物，或者是：以其中一種為基體并通過交聯、共聚、共混、添加填料的方式對其改性后的復合聚合物；

保護層中無機陶瓷電解質為：鈣鈦礦型的Li_0.34Nd_0.55TiO₃、Li_0.34La_0.51TiO_2.94、Li_0.38La_0.56Ti_0.99Al_0.11O₃，超鈉型的Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃、Li_1+xAl_xGe_2-x(PO₄)₃，石榴石型Li₇La₃Nb₂O₁₂、Li₅La₃Ta₂O₁₂、Li₇La₃Zr₂O₁₂中的任一個；

其中，無機-有機納米復合固態電解質隔膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)將固態聚合物電解質與鋰鹽在有機溶劑中混勻形成A漿料；

(2)將固態聚合物電解質與無機陶瓷電解質顆粒在有機溶劑中混勻形成B漿料；

(3)將獲得的A漿料涂布在預先清洗干凈的聚合物無紡布的一面；

(4)烘干溶劑，并做輥壓處理，輥壓壓力為5-15 MPa，停留5-10 min；

(5)將獲得的B漿料涂布在預先清洗干凈的聚合物無紡布的另一面；

(6)烘干溶劑，并做輥壓處理，輥壓壓力為5-15 MPa，停留5-10 min。

2.根據權利要求1所述的一種固態鋰金屬電池，其特征在于，所述的支撐層的材質為聚對苯二甲酸乙二醇酯、纖維素、聚亞酰胺、聚對苯二甲酰對苯二胺、聚氨基甲酸酯纖維中的一種。

3.根據權利要求1所述的一種固態鋰金屬電池，其特征在于，所述界面層中的鋰鹽為雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、高氯酸鋰中的一種。

4.根據權利要求1所述的一種固態鋰金屬電池，其特征在于，所述有機溶劑為N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、乙腈中的一種。

5.根據權利要求1所述的一種固態鋰金屬電池，其特征在于，步驟(3)或(5)中，涂布漿料的方法為加熱條件下的機械攪拌或高能球磨混合。

6.根據權利要求1所述的一種固態鋰金屬電池，其特征在于，將漿料涂布在聚合物無紡布表面的方法，為輥涂、刮刀涂、棒涂、噴涂中的一種。