[發明專利]一種SiC基全固態鋰離子電池聚合物電解質及制備方法

有效

• 申請號: 202011479151.1
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112510251B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 趙強;張龍
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056;H01M10/0525;H01M10/058;B82Y30/00
• 代理公司: 成都正煜知識產權代理事務所(普通合伙) 51312
• 代理人: 李龍

本發明屬于鋰離子電池材料領域，明公開一種SiC基全固態鋰離子電池聚合物電解質及制備方法。主旨在于解決固態電解質的電化學性能和力學性能之間的平衡問題，主要方案包括如下步驟：將聚乙二醇、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、聚偏氟乙烯、納米SiC顆粒、N甲基吡咯烷酮按照比例混合制備SiC基聚合物凝膠溶液；將SiC基聚合物凝膠溶液置于玻璃板上，刮涂至適當厚度，然后加熱固化形成固態電解質膜。本發明具有良好的鋰離子電導率和較高的力學性能，同時具有高柔性、高韌性以及良好的熱穩定性能，可應用于全固態鋰離子電池。本發明生產過程便捷，成本較低，適用大規模工業化生產。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料領域，涉及一種SiC基全固態鋰離子電池聚合物電解質及制備方法。

背景技術

全固態鋰離子電池與傳統的液態鋰離子電池相比具有顯著優勢，特別是更高的安全性、更寬的工作溫度范圍以及更高的能量密度。使用傳統電解液溶劑的鋰離子電池存在許多放熱副反應，容易被引燃，從而導致起火甚至爆炸。而在全固態鋰電池中不存在任何溶劑，極大地提高了安全性能。同時力學性能足夠優異的固態電解質通常被認為能夠抑制Li枝晶，從而更有助于鋰金屬負極在全固態鋰電池中的應用。此外，固態電解質的寬電化學窗口允許其與高壓正極一起使用，當與Li負極組合使用時，可以實現更高的能量密度。

在各類固態電解質中，硫化物固態電解質(Li₂S-P₂S₅、Li_9.54Si_1.74P_1.44S_11.7C_10.3、Li₁₀GeP₂S₁₂)的室溫電導率高，可與液態電解液相媲美，但其與正極材料的界面相容性差，與金屬鋰不穩定，而且對濕度很敏感，生產成本也比較高。氧化物固態電解質(LiTi₂(PO₄)₃、Li_1.5Al_0.5Ge_1.5P₃O₁₂、Li₇La₃Zr₂O₁₂等)能夠耐高壓正極，而且與金屬鋰的界面穩定，但是氧化物電解質易脆裂，制造過程繁雜，規模化生產成本較高，生產效率較低。聚合物固態電解質(聚環氧乙烷及其衍生物、聚硅氧烷及其衍生物、聚碳酸丙烯酯、聚偏氟乙烯和單離子聚合物電解質等)的柔韌性，成膜性較好，與金屬鋰穩定，且與現有的鋰離子電池制備工藝兼容，可大規模生產，但是其室溫電導率偏低，高溫熱穩定較差，力學性能較差。迄今為止，聚合物、氧化物和硫化物電解質都存在固有缺陷，所以制備出同時兼具上述優勢的固態電解質材料仍是現階段面臨的主要挑戰。

發明內容

本發明提供了一種SiC基全固態鋰離子電池聚合物電解質及制備方法。本發明實現了固態電解質的力學性能和電化學性能之間的平衡，使得聚合物界面層中Li⁺可以更容易的在聚合物鏈段之間跳動，大大的提高了聚合物電解質的離子電導率。同時由于Si-O-C鍵的存在極大地增強了電解質的力學性能。本發明的一種SiC基全固態鋰離子電池聚合物電解質具有高柔性、高韌性以及良好的熱穩定性能，可應用于全固態鋰離子電池。本發明生產過程便捷，成本較低，適用于大規模工業化生產。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種SiC基全固態鋰離子電池聚合物電解質及制備方法，其特征，包括如下步驟：

將聚乙二醇、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、聚偏氟乙烯、納米SiC顆粒、N甲基吡咯烷酮按照一定比例混合制備SiC基聚合物凝膠溶液。

將SiC基聚合物凝膠溶液置于玻璃板上，用刮刀刮涂至適當厚度，然后加熱固化形成固態電解質膜。