[發(fā)明專利]電場誘導(dǎo)取向制備聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的模具及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010926611.4
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112652819B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳日明;郭炳焜;呂迎春;周晶晶;劉楊
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;H01M10/0562;H01M10/0565
• 代理公司: 深圳至誠化育知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44728
• 代理人: 劉英

本發(fā)明涉及一種電場誘導(dǎo)取向制備固態(tài)聚合物復(fù)合電解質(zhì)的模具，屬于鋰或鈉離子電池固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于，包括下底座，設(shè)置為一導(dǎo)電圓盤，其上表面開有一圓槽，其一側(cè)設(shè)置有第一電極；水平調(diào)節(jié)螺母，設(shè)置在下底座的底部，用于調(diào)節(jié)下底座的水平；水平儀，其與下底座相連接；絕緣環(huán)、絕緣墊片、平面導(dǎo)電極、上底座；及采用該模具制備固態(tài)聚合物復(fù)合電解質(zhì)的方法。通過對無機(jī)離子導(dǎo)體部高壓電場，無機(jī)離子導(dǎo)體在高壓電場的作用下發(fā)生極化，從而產(chǎn)生力矩使無機(jī)離子導(dǎo)體沿電場方向取向；形成快速Li⁺或Na⁺傳輸通路均具有明顯優(yōu)勢，可顯著提高電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率，在60℃可達(dá)到10^?4S·cm^?1量級。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰或鈉離子電池固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電場誘導(dǎo)取向制備聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的模具及方法。

背景技術(shù)

為了獲得高能量密度、安全性和長循環(huán)壽命的鋰離子電池，全固態(tài)離子電池越來越受關(guān)注。聚合物固態(tài)電解質(zhì)具有高的安全性、力學(xué)柔性、黏彈性、易成膜、形狀可調(diào)、比重輕、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是下一代高能存儲器件用最具潛力的電解質(zhì)之一。但是，聚合物固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率低，室溫下僅為10^-8～10^-6S·cm^-1，難以實(shí)現(xiàn)常溫下鋰離子電池的應(yīng)用。無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)率高，無機(jī)陶瓷材料因?yàn)槠漭^高的硬度和易碎性通常和電極之間的接觸性差，與活性物質(zhì)之間存在嚴(yán)重的界面問題，商業(yè)化難度很大。將聚合物電解質(zhì)和無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)進(jìn)行復(fù)合制備復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)可以集中二者優(yōu)勢，達(dá)到改善綜合性能的目的。

復(fù)合物電解質(zhì)的離子傳導(dǎo)主要發(fā)生在無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)之間以及陶瓷與聚合物的界面。但是在現(xiàn)有技術(shù)中由聚合物電解質(zhì)和無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)復(fù)合制備的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中，無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)顆粒以無規(guī)或不均勻的形式存在。電場比較容易獲得，僅需要兩個電極和一個電壓產(chǎn)生器，并且易于調(diào)節(jié)，能夠被精準(zhǔn)控制，是一種經(jīng)濟(jì)、可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成處理的外場。電場調(diào)控通過控制加工過程中的電場參數(shù)以及加工過程中聚合物和無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)顆粒間的界面的相互作用，無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)顆粒在交變電場的介電泳作用下形成有序排列的通路，促進(jìn)離子有效傳輸，從而提高離子電導(dǎo)率，如現(xiàn)有技術(shù)中公布號為CN108365258A的中國發(fā)明專利申請公布了具有室溫電導(dǎo)率的聚合物基質(zhì)的固體電解質(zhì)及其制備方法，其采用100V～10KV直流電壓產(chǎn)生直流電場，利用高電壓使聚合物電基質(zhì)和無機(jī)材料顆粒發(fā)生極化取向，形成離子通道，從而促進(jìn)離子傳導(dǎo)。

但是，上述現(xiàn)有技術(shù)存在下列問題：由于其采用100V～10KV直流電壓產(chǎn)生直流電場，而直流電場對無機(jī)離子導(dǎo)體與聚合物介質(zhì)之間界面的電位要求較高，兩者差值越大，才具有一定局部效果，如果加載電壓太低無效果，加載電壓太高容易對基體材料擊穿。另外，采用的制備模具設(shè)計(jì)也影響聚合物電基質(zhì)和無機(jī)材料顆粒，兩極板間的間距和加載電壓密切相關(guān)，距離越大加載電壓也大，聚合基質(zhì)容易擊穿；兩極板間的間距太小容易短路，但以混合溶液加載電場制備復(fù)合聚合物電解質(zhì)時(shí)，溶劑的揮發(fā)路徑會密切影響復(fù)合聚合物電解質(zhì)離子傳導(dǎo)能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電場誘導(dǎo)取向制備聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的模具及方法，旨在針對目前聚合物固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率低的問題，提供一種無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)粒子在交流電場下取向的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)材料，目的在于提高固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率，改善界面問題，為全固態(tài)電池的制備奠定基礎(chǔ)。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：電場誘導(dǎo)取向制備固態(tài)聚合物復(fù)合電解質(zhì)的模具，其特征在于，包括

下底座，設(shè)置為一導(dǎo)電圓盤，其上表面開有一圓槽，其一側(cè)設(shè)置有第一電極；

水平調(diào)節(jié)螺母，設(shè)置在下底座的底部，用于調(diào)節(jié)下底座的水平；

水平儀，其與下底座相連接；

絕緣環(huán)，設(shè)置在所述圓槽內(nèi)，且絕緣環(huán)的外徑同圓槽的內(nèi)徑，絕緣環(huán)的厚度不小于圓槽的深度；