[發(fā)明專利]一種鋰電池復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010112013.3
• 申請(qǐng)日: 2020-02-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111293354A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王美嶺
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 王美嶺
• 主分類號(hào): H01M10/0562
• 分類號(hào): H01M10/0562;H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 濟(jì)南誠(chéng)智商標(biāo)專利事務(wù)所有限公司 37105
• 代理人: 韓百翠

本發(fā)明公開(kāi)一種鋰電池復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜及其制備方法。本發(fā)明首先制備交聯(lián)聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二酯和硫化物固體電解質(zhì)；然后將交聯(lián)聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二酯和硫化物高混，雙螺桿造粒，再吹塑成膜得到鋰電池復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜，它同時(shí)具有柔性好、強(qiáng)度高、韌性好、離子電導(dǎo)率高和熱穩(wěn)定性好的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用于鋰電池固態(tài)電解質(zhì)。同時(shí)其生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，降低成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池材料領(lǐng)域，涉及一種鋰電池復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜及其制備方法。

背景技術(shù)

目前使用的二次電池主要有鎳氫電池、鉛酸電池和鋰離子電池。其中鋰離子電池最符合環(huán)保要求，且具有高比能量、高比功率、長(zhǎng)循環(huán)壽命和低自放電率等優(yōu)異的電化學(xué)性能，被廣泛用于便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車等領(lǐng)域。

目前鋰離子電池系統(tǒng)多用含有易燃有機(jī)溶劑的液體電解液作為電解質(zhì)。當(dāng)出現(xiàn)局部短路或過(guò)充電等異常情況時(shí)，電解液會(huì)在高溫下失效、體積膨脹，嚴(yán)重時(shí)會(huì)有自燃、爆炸的危險(xiǎn)，存在巨大的安全隱患。用固體電解質(zhì)代替易燃液體電解質(zhì)組裝全固態(tài)電池，是解決鋰離子電池安全問(wèn)題的有效途徑。

固態(tài)電解質(zhì)分為三大類：氧化物電解質(zhì)、硫化物電解質(zhì)和聚合物電解質(zhì)。采用這三種電解質(zhì)的純物質(zhì)作為固態(tài)電池的隔膜層都有各自的問(wèn)題，氧化物可以制備成致密的陶瓷片，但因?yàn)榇嘈源蠖荒苤苽涑鰧?shí)用的薄膜，且其室溫離子電導(dǎo)率低；硫化物的室溫離子電導(dǎo)率高，但無(wú)法制備出致密的薄膜；聚合物雖然易于制備成薄膜，但強(qiáng)度很低容易被鋰枝晶刺穿，且不耐高溫。所以可以采用復(fù)合電解質(zhì)——耐高壓的無(wú)機(jī)或有機(jī)電解質(zhì)接觸正極解決這一問(wèn)題。但是，目前在世界范圍內(nèi)還沒(méi)有出現(xiàn)理想的固態(tài)電解質(zhì)膜技術(shù)，還沒(méi)有研制和開(kāi)發(fā)出強(qiáng)度高、韌性好、離子電導(dǎo)率高和具有柔性的固態(tài)電解質(zhì)膜。

發(fā)明內(nèi)容

基于現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜及其制備方法。本發(fā)明將交聯(lián)聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二酯(交聯(lián)PBAT)與硫化物固體電解質(zhì)采用高混、吹膜法得到的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜同時(shí)具有柔性好、強(qiáng)度高、韌性好、離子電導(dǎo)率高和熱穩(wěn)定性好的優(yōu)勢(shì)，可以應(yīng)用于鋰電池固態(tài)電解質(zhì)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種鋰電池復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜的制備方法，其特征，包括如下步驟：

(1)制備交聯(lián)聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二酯；

(2)制備硫化物固體電解質(zhì)；

(3)將交聯(lián)聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二酯和硫化物固體電解質(zhì)高混，雙螺桿造粒；

(4)將步驟(3)造粒后的交聯(lián)聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二酯和硫化物粒吹塑成膜，得到鋰電池復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜。

進(jìn)一步的，步驟(1)中制備交聯(lián)聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBAT)，其交聯(lián)劑為3,3’,4,4’-聯(lián)苯四甲酸二酐(BPDA)，PBAT與3,3’,4,4’-聯(lián)苯四酸二酐(BPDA)的質(zhì)量比為100：1-6(優(yōu)選100：1-3)，將PBAT和3,3’,4,4’-聯(lián)苯四甲酸二酐(BPDA)放在高混機(jī)中高混10-30分鐘得交聯(lián)PBAT。

進(jìn)一步的，步驟(2)中制備硫化物固體電解質(zhì)為：將Li、SiO₂、P和S在高混機(jī)中高混1-3小時(shí)，然后將混合好的粉末在真空石英管中加熱至540-560℃(優(yōu)選550℃)，并緩慢冷卻至室溫，得到硫化物固體電解質(zhì)。所述的原材料的元素摩爾比為L(zhǎng)i：Si：P：S＝8：1：1：10。所述的Li源為單質(zhì)Li；所述的Si源為納米SiO₂；所述的P源為紅磷；所述的S源為單質(zhì)S。

進(jìn)一步的，步驟(3)中交聯(lián)聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二酯和硫化物固體電解質(zhì)在高混機(jī)中高混20-40分鐘，混合后在雙螺桿擠出機(jī)中造粒，造粒溫度135-145℃。交聯(lián)聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二酯和硫化物固體電解質(zhì)的質(zhì)量比為20-30：80-70。

進(jìn)一步的，步驟(4)中吹塑成膜，吹膜溫度120-130℃。