[發明專利]一種層狀復合固態電解質薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202010412379.2
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111584932A
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 景茂祥;陳菲;劉權垚;楊華;沈湘黔
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于固態電解質技術領域，尤其涉及一種層狀復合固態電解質薄膜及其制備方法。其由剛性聚合物固態電解質主體層和柔性聚合物固態電解質修飾層組成。層狀復合固態電解質膜通過分層刮涂、噴涂、輥涂的方式制得，室溫離子電導率為10^?4～10^?3S/cm，電化學窗口4～5V，拉伸強度為10～40MPa。本發明添加了柔性聚合物修飾層，改善了固態電解質與負極間的界面接觸，可應用于室溫高電壓固態鋰離子電池。

技術領域

本發明屬于固態電解質技術領域，尤其涉及一種層狀復合固態電解質薄膜及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池由于具有較高的能量密度和和可快速充放電的特點被認為是最有應用前景的能源儲能技術。目前商用鋰離子電池通常采用有機電解液，存在易泄露、易揮發、易燃燒等安全隱患。用不易燃的固態電解質代替液態電解質，是解決電池安全性能的重要途徑。

通過近幾年的研究，無論是無機固態電解質，還是聚合物固態電解質均取得了明顯的進步。將聚合物固態電解質中引入無機陶瓷顆粒，不僅結合了無機、有機電解質的各自優勢，還展現了固態電池良好的應用前景。然而，有一定剛性的固態電解質與負極固固界面接觸差、阻抗大是其應用中所面臨的最大問題之一。采用柔性聚合物修飾固態電解質與負極之間的界面結合有望成為解決上述問題的一種重要方法。然而目前報道的柔性聚合物修飾層通常是以凝膠態的形式涂覆在電解質或負極表面，雖然可更好的改善固態電解質與負極間的接觸，但機械性能往往較差，難以抑制鋰枝晶的生長，同時凝膠中的液態成分往往會與金屬鋰發生副反應，使鋰表面被破壞。而表面凝膠態的電解質膜或電極使電池的組裝也變得繁瑣。

發明內容

本發明的目的是針對上述固態電池界面改性的缺點，提供一種用于優化固態電解質與負極界面結合的層狀復合固態電解質膜材料，即由剛性聚合物固態電解質主體層和柔性聚合物固態電解質修飾層組成，既改善固態電解質與金屬鋰負極的界面結合，又有助于穩定鋰負極；并提供一種簡單易行的層狀復合結構制備方法。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案為：

一種層狀復合固態電解質薄膜，是由聚合物固態電解質主體層和柔性聚合物固態電解質修飾層組成，室溫離子電導率為10^-4～10^-3S/cm，電化學窗口4～5V，拉伸強度為10～40MPa。

所述柔性聚合物固態電解質中的柔性聚合物，優選的，為聚碳酸丙烯酯、聚碳酸乙烯酯、聚碳酸丁烯酯和聚雙酚A碳酸酯中的一種。

所述的柔性聚合物固態電解質中的鋰鹽，優選的，為雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、高氯酸鋰、三氟甲基磺酸鋰和六氟磷酸鋰中的一種。

所述的柔性聚合物固態電解質中的填料為鋰鑭鋯氧、鉭摻雜鋰鑭鋯氧、鋁摻雜鋰鑭鋯氧、氧化鋁和氟化鋁中的一種。

所述的柔性聚合物固態電解質中的鋰鹽含量，優選的，占所述聚合物的5～20％；填料質量，優選的，占所述聚合物的10～25％。

所述的主體層聚合物固態電解質中的聚合物，優選的，為聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和聚偏氯乙烯中的一種。

所述的主體層聚合物固態電解質中的鋰鹽為雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、高氯酸鋰、三氟甲基磺酸鋰和六氟磷酸鋰中的一種。

所述的主體層聚合物固態電解質中的填料為鋰鑭鋯氧、鉭摻雜鋰鑭鋯氧、鋁摻雜鋰鑭鋯氧和鋰鑭鈦氧中的一種。

所述的主體層聚合物固態電解質鋰中的鋰鹽含量，優選的，占所述聚合物的20～50％；填料質量，優選的，占所述聚合物的5～25％。

優選的，所述柔性聚合物電解質修飾層的厚度為5～20微米，聚合物電解質主體層的厚度為10～50微米。

所述的層狀復合固態電解質薄膜，其制備過程包括以下步驟：