[發明專利]一種氧化物固態電解質膜及其制備方法和含其的固態電池

在審

• 申請號: 202011188795.5
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112436182A
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 曹元成;張新訪
• 申請（專利權）人: 曹元成;張新訪
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/052
• 代理公司: 武漢大楚知識產權代理事務所(普通合伙) 42257
• 代理人: 徐楊松

本發明涉及氧化物固態電解質膜的制備方法，將氧化物固態電解質與高分子聚合物混合熔融，熔噴擠出纖維絲，冷卻后鋪網并加固成膜，得到氧化物固態電解質膜。一種氧化物固態電解質膜，由上述制備方法所制得。一種固態電池，包含上述制備方法所制得的氧化物固態電解質膜。以高分子聚合物為基體，熔融后加入氧化物固態電解質混勻，熔噴擠出成纖維絲，成網并加固，形成多孔結構的復合膜，可將氧化物固態電解質材料均勻的編織在基體膜之中，不存在孔洞或團聚顆粒，避免電池正負極短路風險，其耐熱性高、耐氧化性好、阻燃性能優異、機械強度高、過程簡單、能耗低、商業上可行；在?50℃～150℃下性能穩定；厚度可控、孔隙可控，易加工。

技術領域

本發明涉及鋰電池技術領域，具體涉及一種氧化物固態電解質膜及其制備方法和含其的固態電池。

背景技術

固態電池作為下一代先進儲能技術，跟傳統電池相比，不僅在能量密度上有望大幅提升，而且避免使用易燃電解液可以有效地抑制副反應和熱失控，從而大大提高安全性。

固態電解質為固態電池的核心材料，按化學組成可分為三種：聚合物型、氧化物型和硫化物型。聚合物固態電解質基體包括聚環氧乙烷、聚硅氧烷和脂肪族聚碳酸酯等，具有黏彈性好、機械加工性能優良等優點，但工作溫度范圍60～85℃，電池能量密度通常低于300Wh/kg；氧化物固態電解質包括鈣鈦礦型、反鈣鈦礦型、NASICON型與GARNET型，具有耐受高電壓、耐高溫、安全性好等優點，但電解質片易脆裂，大容量電池制備困難；硫化物固態電解質包括晶態硫化物電解質、玻璃態硫化物電解質等，具有離子電導率高、耐受高電壓等優點，但水氧敏感、成本高、體積能量密度較低。

固態電解質或電解質膜的制備工藝，作為固態電池核心技術，直接影響電池性能發揮。

目前常用的電解質膜制備方式有以下幾種：

1）射頻磁控濺射或真空鍍膜技術；

2）涂布的方法制備電解質層，包括涂在正負極片上或制備電解質膜；

3）擠出的方式鋪膜，包括涂在正負極片上或制備電解質膜。

以上制膜技術均存在比較嚴重的工藝問題，包括界面阻抗大、界面穩定性不良，界面應力變化等，直接影響電池的性能。

針對氧化物固態電解質，產業化通常采用上述高頻磁控濺射或電子束蒸鍍的方法，該類方法耗時長，且工藝要求高，需要嚴格控制溫度、壓力、時間、氛圍、噴涂物尺寸。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種氧化物固態電解質膜及其制備方法和含其的固態電池，以克服上述現有技術中的不足。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種氧化物固態電解質膜的制備方法，包括如下步驟：

將氧化物固態電解質與高分子聚合物混合熔融，熔噴擠出纖維絲，冷卻后鋪網并加固成膜，得到氧化物固態電解質膜。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，氧化物固態電解質元素組成為鋰、鑭、鋯、鈦、鍺、鋁、硅、氧、磷中的若干種。

進一步，氧化物固態電解質為鈣鈦礦型、反鈣鈦礦型、NASICON型、GARNET型結構的氧化物。

進一步，高分子聚合物為聚酰亞胺、玻璃纖維或聚酯纖維。

進一步，高分子聚合物與所述氧化物固態電解質的質量比為1：4～4:1。

進一步，纖維絲的直徑為200nm～800nm。

進一步，氧化物固態電解質膜的厚度為10um～100um。

進一步，具體步驟如下：