[發明專利]一種有機無機復合固態電解質制備方法及其電解質

在審

• 申請號: 202011303211.4
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112397770A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 宋慧宇;楊銳;鄭廣麗;李芳;杜麗;崔志明
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056;H01M10/0525
• 代理公司: 北京卓特專利代理事務所(普通合伙) 11572
• 代理人: 段宇

本發明公開了一種有機無機復合固態電解質制備方法，屬于電解質領域，步驟如下：按照重量份取包括水性聚氨酯粉體50?60份、納米級端氨基超支化樹脂1?2份、固態電解質粉體30?40份、鋰鹽10?20份進行混合獲得不含有有機溶劑的混合物，所述的固態電解質粉體表面帶有負電荷；將上述混合物采用熱壓成型制備出固態電解質，所述的納米級端氨基超支化樹脂的分子量為3000?5000。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，具體是一種固態電解質。

背景技術

鋰離子電池作為一種綠色高能充電電池已廣泛應用于手機、電腦、數碼相機、機器人、航空航天和新能源汽車等領域。隨著用電器件對鋰離子電池的要求不斷提高，高能量密度、高倍率性能、長循環壽命、安全性高和低成本是當今主要研究方向。鋰離子電池的主要部件是正極、負極、隔膜和電解質，電解質材料是決定鋰離子電池安全穩定性的關鍵因素之一。電解質包括氣態、液態和固態等范圍廣泛的物質。

目前，鋰離子電池仍以液態電解質為主，而有機電解液的熱安全型不足，其存在電解液泄露、腐蝕、發生副反應和易燃易爆的風險。在鋰離子電池當中，若采用固態電解質可以避免液態電解質的種種弊端，同時能簡化密封工藝，提高生產效率。固態電解質包括晶態電解質和非晶態電解質兩大類，后者包括玻璃、樹脂和高分子聚合物等。

聚合物電解質作為一種固態電解質具有柔順性良好、質量輕、加工方便和適宜大規模生產等優勢，但其普遍存在存在室溫離子電導率低、電化學窗口窄等問題。

為進一步提高聚合物電解質的離子電導率，可以通過在聚合物中加入無機填料，比如惰性填料（SiO₂、Al₂O₃等）、活性填料（Li₁₀GeP₂S₁₂、Li₇La₃Zr₂O₁₂等）和多孔框架材料，可以制備出綜合性能更為優良聚合物電解質。

為了使得固態電解質中各組分，特別的是有機和無機成份能夠充分分散混合，在固態電解質中通常采用有機溶劑溶解聚合物，其次使得無機填料等懸浮在無機溶解當中，在制備電解質膜的時候采用澆鑄涂膜法或流延涂膜法使得有機溶劑揮發，進而制得固態電解質膜。

比如中國專利CN104241686A公布了一種全固態復合電解質膜，其以PEO、無機填料與鋰鹽為原料，通過有機溶劑溶解PEO后共混制備得到。中國專利CN103059326A公布了一種全固態復合聚合物電解質膜制備方法，其將PEO、PPC混合后溶于丙酮得到均勻溶液后，再加入活性填料和鋰鹽制備得到。

現有的這種固態電解質制備方法，無論是澆鑄涂膜法或流延涂膜法，溶解各種聚合物均需要使用大量有毒有機溶劑如N,N-二甲基甲酰胺、乙腈，對環境和施工人員傷害極大；其次此類方法需要長時間干燥成膜，工藝周期長，不利于工業化連續生產；再者此類方法成膜時，由于流淌不均，表面張力，以及在成膜的過程當中有大量溶劑揮發，使得膜的厚度難以在初始的時候控制，最終導致聚合物電解質膜厚度不均勻。

熱壓成型是塑料加工業中簡單、普遍之加工方法，主要是將加工模具加熱后，注入試料，以壓力將模型固定于加熱板，控制試料之熔融溫度及時間，以達融化后硬化、冷卻，再予以取出模型成品即可，現有的熱壓成型是應用于塑料等單一物質的成型，目前其還無法直接應用于固態電解質的成膜過程當中。

發明內容