[發(fā)明專利]固態(tài)電解質(zhì)、鋰金屬負(fù)極及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010760017.2
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN112117488B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹元成;涂吉;樓平;李程;張煒鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 武漢卓越志誠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42266
• 代理人: 戴寶松

本發(fā)明提供了一種固態(tài)電解質(zhì)、鋰金屬負(fù)極及其制備方法。所述固態(tài)電解質(zhì)為由鋰鑭鈦氧和線性聚氨酯復(fù)合而成的復(fù)合聚合物電解質(zhì)。該制備方法為：首先，通過水熱合成和高溫煅燒相結(jié)合的工藝制備出具有完全結(jié)晶相的鋰鑭鈦氧顆粒；然后，將鋰鑭鈦氧顆粒與線性聚氨酯共混攪拌，進(jìn)行溶劑蒸發(fā)處理，制備得到固態(tài)電解質(zhì)。本發(fā)明制備的固態(tài)電解質(zhì)在室溫下的鋰離子電導(dǎo)率達(dá)到3.8×10^?4S cm^?1。同時，用該固態(tài)電解質(zhì)組裝后的電池在室溫下表現(xiàn)出出色的循環(huán)性能和優(yōu)異比容量。本發(fā)明將該固態(tài)電解質(zhì)和鋰金屬片復(fù)合即可得到鋰金屬負(fù)極。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種固態(tài)電解質(zhì)、鋰金屬負(fù)極及其制備方法。

背景技術(shù)

近些年來，鋰離子電池在人們的生產(chǎn)和生活中扮演重要角色，其能量密度高、方便攜帶、使用壽命長，具有廣泛的應(yīng)用。而隨著電子產(chǎn)品朝著便攜化小型化趨勢高速發(fā)展，全固態(tài)薄膜鋰離子電池應(yīng)運(yùn)而生，全固態(tài)薄膜鋰離子電池具有體積小、能量密度高、循環(huán)壽命長以及安全性好等優(yōu)勢，其性能的好壞很大程度上由固態(tài)電解質(zhì)薄膜所決定。固態(tài)電解質(zhì)薄膜相當(dāng)于傳統(tǒng)電池中的電解液和隔膜，不僅起著Li⁺傳導(dǎo)作用，還對電池的容量和循環(huán)性造成直接影響。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鋰鑭鈦氧(Li_0.35La_0.55TiO₃)固態(tài)電解質(zhì)材料室溫下離子電導(dǎo)率高，可媲美于液態(tài)電解液，且具有較低的活化能(0.3eV至0.4eV)，是鋰離子電池固態(tài)電解質(zhì)研究的熱門材料，也是作為固態(tài)薄膜電解質(zhì)的理想材料。

公開號為CN105206821A的發(fā)明專利申請公開了一種鋰離子電池正極材料的合成方法。該方法包括將硝酸鋰、硝酸鑭以及鈦酸異丙酯溶解到異丙醇中，制得異丙醇溶液；將尖晶石型錳酸鋰加到異丙醇溶液中，攪拌，并在300～400℃下熱處理1～3h，制得Li_0.35La_0.55TiO₃包覆的尖晶石型錳酸鋰。但是該合成方法存在反應(yīng)時間長的不足。

Li Boyu等發(fā)表的在ACS applied materialsinterfaces期刊上，標(biāo)題為“Li_0.35La_0.55TiO₃ Nanofibers Enhanced Poly(vinylidene fluoride)-Based CompositePolymer Electrolytes for All-Solid-State Batteries”的文章中，公開了一種鋰鑭鈦氧(Li_0.35La_0.55TiO₃)與高分子聚合物聚偏二氟乙烯(PVDF)復(fù)合而成的復(fù)合聚合物電解質(zhì)(CPE)材料，但是該電解質(zhì)存在對鋰離子配位作用弱的不足。

公開號為CN110600740A的發(fā)明專利公開了一種鋰電池漿料、鋰金屬負(fù)極復(fù)合層和鋰金屬負(fù)極及其制備方法和應(yīng)用。所述鋰電池漿料，為線性熱塑性聚氨酯、鋰鹽和鋰鹽解離促進(jìn)劑的混合溶液；所述混合溶液中線性熱塑性聚氨酯、鋰鹽和鋰鹽解離促進(jìn)劑的質(zhì)量比為15:0.12:0.1～15:12:10。該發(fā)明以線性熱塑性聚氨酯為基材，以鋰鹽和鋰鹽解離促進(jìn)劑為功能添加劑得到的鋰電池漿料可成膜得到復(fù)合層并用于制備鋰金屬片負(fù)極。但是該鋰金屬負(fù)極的制備方法存在操作復(fù)雜，會引入一些非導(dǎo)鋰離子的材料的不足。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種固態(tài)電解質(zhì)、鋰金屬負(fù)極及其制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種固態(tài)電解質(zhì)。所述固態(tài)電解質(zhì)為由鋰鑭鈦氧和線性聚氨酯復(fù)合而成的復(fù)合聚合物電解質(zhì)；所述固態(tài)電解質(zhì)中，所述鋰鑭鈦氧與所述線性聚氨酯的質(zhì)量比例為1：(9～11)；所述固態(tài)電解質(zhì)的厚度為300～500μm；所述固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電導(dǎo)率為3.8×10^-4S cm^-1～5.0×10^-4S cm^-1。