[發(fā)明專(zhuān)利]一種鋰/鈉電池用復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910284401.7
• 申請(qǐng)日: 2019-04-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110034330B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉樂(lè)浩;李美成;莫金珊;姜冰;褚立華;彭鵬;李靜如
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M10/0565
• 分類(lèi)號(hào): H01M10/0565;H01M10/0525;H01M10/054
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及一種鋰/鈉離子電池用復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的制備方法。將芳綸纖維分散于有機(jī)溶劑以得到高分散性的芳綸納米纖維溶液，再加入鋰/鈉鹽、聚合物基體材料并攪拌分散，然后通過(guò)澆鑄或涂覆、干燥過(guò)程，獲得鋰/鈉離子復(fù)合聚合物固態(tài)電解質(zhì)薄膜。該方法操作簡(jiǎn)單、成本較低，所得電解質(zhì)具有離子電導(dǎo)率高、電化學(xué)窗口寬、力學(xué)和熱學(xué)穩(wěn)定性好、抑制金屬枝晶生長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。該復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)在鋰/鈉離子電池中具有廣泛應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固態(tài)鋰/鈉電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋰/鈉離子復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的制備方法。

背景技術(shù)

鋰/鈉離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品、交通運(yùn)輸、大規(guī)模能量存儲(chǔ)等領(lǐng)域，但液態(tài)電解質(zhì)的使用容易導(dǎo)致漏液、脹氣、燃燒、爆炸等安全問(wèn)題。

采用具有制備簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、成膜性和柔性較好、與電極之間界面阻抗較低等特點(diǎn)的聚合物固態(tài)電解質(zhì)，作為鋰/鈉離子電池的電解質(zhì)和隔膜，有望從根本上解決液態(tài)電解質(zhì)引起的安全問(wèn)題，還能為鋰/鈉金屬負(fù)極、高電壓正極及氧氣、硫等轉(zhuǎn)換性正極材料的應(yīng)用提供很大可能性，顯著提高電池能量密度，并在拓寬電池工作溫度區(qū)間、延長(zhǎng)電池使用壽命、簡(jiǎn)化電池制作過(guò)程等方面具有很大發(fā)展空間。然而，聚合物電解質(zhì)中聚合物基體的結(jié)晶度較高，鋰/鈉鹽的解離度較低，使得該類(lèi)電解質(zhì)的室溫電導(dǎo)率較低。此外，聚合物電解質(zhì)還存在電化學(xué)窗口較窄、機(jī)械強(qiáng)度較低、鋰/鈉金屬枝晶易刺穿電解質(zhì)膜等缺點(diǎn)，嚴(yán)重阻礙了聚合物電解質(zhì)在固態(tài)鋰/鈉電池上的應(yīng)用。

目前常采用無(wú)機(jī)納米顆粒作為填充材料，制備無(wú)機(jī)/有機(jī)雜化體系的復(fù)合聚合物固態(tài)電解質(zhì)，但存在納米顆粒團(tuán)聚、聚合物基體結(jié)晶度較高等問(wèn)題，聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率、機(jī)械強(qiáng)度等性能提升較小，不能滿足固態(tài)鋰/鈉離子電池的應(yīng)用要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種復(fù)合聚合物固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，顯著提升聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率、機(jī)械強(qiáng)度等性能，改善固態(tài)鋰/鈉離子電池的性能。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用芳綸纖維作為改性材料來(lái)制備芳綸纖維/聚合物基體/鋰(鈉)鹽復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，具體技術(shù)方案如下：

1)將一定量的芳綸纖維與無(wú)機(jī)鹽(如氫氧化鉀、氫氧化鈉)配制在二甲基亞砜中，在一定溫度下攪拌一段時(shí)間，制備分散性良好的芳綸納米纖維溶液，然后通過(guò)透析處理，獲得純度較高、分散性較好的芳綸納米纖維/二甲基亞砜溶液；所述的芳綸為聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺、聚間苯二甲酰間苯二胺中的一種或兩種。

2)將一定量的上述芳綸納米纖維溶液加到有機(jī)溶劑中，并繼續(xù)攪拌一段時(shí)間使其完全分散，再加入鋰/鈉鹽和聚合物基體材料，在一定溫度下繼續(xù)攪拌，獲得分散性良好的芳綸納米纖維/聚合物基體材料/鋰(鈉)鹽復(fù)合溶液；所述的聚合物基體材料為聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯中的一種或幾種，所述的鋰鹽包括氯化鋰、高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、三氟甲基磺酰亞胺鋰中的一種或幾種，所述的鈉鹽包括氯化鈉、高氯酸鈉、六氟磷酸鈉、雙三氟甲基磺酰亞胺鈉、三氟甲基磺酰亞胺鈉中的一種或幾種，所述的有機(jī)溶劑為乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亞砜、N-甲基吡咯烷酮中的一種或幾種。

3)通過(guò)漿料涂覆法或溶液澆鑄法處理上述復(fù)合溶液，并對(duì)所得的復(fù)合凝膠膜進(jìn)行干燥，獲得一定厚度的芳綸納米纖維/聚合物基體/鋰(鈉)鹽復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)薄膜；所述的芳綸在復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中的含量為0.1-40.0wt％，所述的鋰/鈉鹽在復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中的含量為5.0-50.0wt％。

本發(fā)明提供了一種鋰/鈉離子復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法。該方法具有制備簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)勢(shì)，所得的固態(tài)電解質(zhì)薄膜具有較高的離子電導(dǎo)率(室溫下可達(dá)≥0.1mS/cm)、較好的力學(xué)和熱學(xué)穩(wěn)定性(力學(xué)拉伸強(qiáng)度達(dá)≥2.5MPa)，還能有效抑制鋰/鈉金屬枝晶的生長(zhǎng)。該發(fā)明制備的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)薄膜能夠滿足鋰/鈉離子電池的使用要求，顯著提升電池的循環(huán)性能和安全性。

附圖說(shuō)明