[發明專利]一種無機陶瓷-聚酰亞胺復合電解質的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201910930589.8
• 申請日: 2019-09-29
• 公開（公告）號: CN110690502B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 姚林鑫;邱志明;嚴玉蓉;劉祖妍;余澤鍇
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M10/0568
• 分類號: H01M10/0568;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 王東東

本發明公開了一種無機陶瓷?聚酰亞胺復合電解質的制備方法及應用，包括，(a)將無機陶瓷粉末與高氯酸鋰真空干燥后進行混合，在N,N?二甲基乙酰胺溶劑中，進行超聲波處理，使其均勻分散；(b)將超聲波處理后的無機陶瓷粉末與高氯酸鋰混合物進行機械攪拌至均勻分散；(c)將聚酰亞胺聚合物溶解于N,N?二甲基乙酰胺溶劑中；(d)將步驟(c)得到的化合物溶液與均勻分散后的陶瓷粉末與高氯酸鋰混合物，通過機械攪拌混合；(e)將上述所得混合物溶液澆筑在聚四氟乙烯板或玻璃板上，加熱真空干燥制備得到均勻電解質薄膜。本發明制備的電解質穩定好，電導率強。

技術領域

本發明涉及電解質的制備，具體涉及一種無機陶瓷-聚酰亞胺復合電解質的制備方法及應用。

背景技術

與采用液態有機電解質的傳統鋰電池相比，固態電池能量密度更高，體積可以更小，電池本身也可以向薄膜化，柔性化發展。鋰與電解質的高反應活性使得鋰電極在大電流工作下容易有樹枝狀鋰結晶的生長，引起短路風險，而采用固態電解質能夠有效抑制鋰枝晶的生長。

但是，由于固態電解質本身的性能限制，相對于液態電解質而言，其較小的電導率往往達不到實際要求。同時，由于固態電解質本身的剛性特征，與正負極材料，尤其是與作為負極的鋰金屬差的界面接觸使得循環效率、電導率都受到較大的負面影響。盡管無機陶瓷類的固態電解質相比于聚合物固態電解質在離子電導率以及界面性能上有一定優勢，但其機械性能等往往差強人意，甚至于極其難以加工，這也就限制了其實際應用前景。而對于由有機高分子組成的固態電解質體系而言，常用的聚合物，如PAN、PVDF等本身離子電導率等電學性能并不理想，并且其化學穩定性也并不突出，為實際應用造成困難。

無機固體電解質主要面臨著鋰離子電導率低、電極-電解質界面接觸不佳、在空氣中穩定性差的問題，制約了全固態鋰電池的容量、倍率性能和循環壽命，并為大規模制備和儲存增加了難度。對于LLZO系列石榴石陶瓷而言，鋰離子電導率主要取決于晶型，離子電導率高的立方相LLZO在室溫下并不穩定，需要進行高價金屬陽離子摻雜才能獲得穩定的無機相產物。同時無機電解質的電導率受制于晶界，界面上的電流密度分布不均勻的同時也往往存在著高的界面電阻，造成了晶界數目的增加使得離子電導率下降。

高容量和高功率電池內部熱量增大和溫度升高的因素很多，因此提高電池的耐高溫性能顯得尤為重要。在電池實際工作時，體系溫度會持續上升。如果作為電解質的熔化溫度較低，在某些情況下，如外部溫度過高，放電電流過大或者電解液受熱過程中的熱慣性的情況下，電池體系升溫可能無法被制止，體系溫度超過聚合物的耐熱溫度，電解質發生熔解，導致正極、負極直接接觸而短路，可能會引發危險。在常用的聚合物電池體系中，常用的PAN、PEO等聚合物工作溫度數據并不突出，采用這類聚合物的固態電解質體系其安全性能已經不能滿足耐高溫的需要，因而如果需要尋找加工性能與耐熱性能、電學性能兼備的固態電池體系，并且能夠滿足滿足鋰電池快速充放電的趨勢和要求，我們就需要耐熱性更好的聚合物材料。

發明內容

為了克服現有技術中固態電池穩定性及機械強度較差，電導率不足等問題，本發明提供一種無機陶瓷-聚酰亞胺復合電解質的制備方法及應用。

本發明采用如下技術方案：

一種無機陶瓷-聚酰亞胺復合電解質的制備方法，包括如下步驟：

(a)將無機陶瓷粉末與高氯酸鋰真空干燥后進行混合，在N,N-二甲基乙酰胺溶劑中，進行超聲波處理，使其均勻分散；

(b)將超聲波處理后的無機陶瓷粉末與高氯酸鋰混合物進行機械攪拌至均勻分散；

(c)將聚酰亞胺聚合物溶解于N,N-二甲基乙酰胺溶劑中；

(d)將步驟(c)得到的化合物溶液與均勻分散后的陶瓷粉末與高氯酸鋰混合物，通過機械攪拌混合；

(e)將上述所得混合物溶液澆筑在聚四氟乙烯板或玻璃板上，加熱真空干燥制備得到均勻電解質薄膜。