[發明專利]一種基于表面缺陷二氧化鈦的復合固態電解質膜及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110331182.0
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113206288A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 張佳峰;羅弼;季瑋杰;歐星;張寶
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/0565;H01M10/058;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
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1.一種基于表面缺陷二氧化鈦的復合固態電解質膜，其特征在于：所述復合固態電解質膜包含：二氧化鈦、聚合物、鋰鹽。

2.根據權利要求1所述的復合固態電解質膜，其特征在于：所述二氧化鈦為表面具有氧空位缺陷的二氧化鈦納米棒，直徑為50～200nm，長度為500nm～5μm。

3.根據權利要求1所述的復合固態電解質膜，其特征在于：所述聚合物為聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚乙酸乙烯酯(PVAC)中的至少一種。

4.根據權利要求1所述的復合固態電解質膜，其特征在于：所述鋰鹽包括高氯酸鋰(LiClO₄)、雙氟磺酰亞胺鋰(LiFSI)、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰(LiTFSI)和六氟磷酸鋰(LiPF₆)中的至少一種。

5.根據權利要求1所述的復合固態電解質膜，其特征在于：所述復合固態電解質膜的厚度為25～150μm。

6.一種權利要求1所述復合固態電解質膜的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟(1)：將0.1mol氫氧化鉀和10mmol二氧化鈦粉末依次溶解分散于80ml的純水中并攪拌均勻；將混合物裝進反應釜在200℃下水熱12h，將白色產物離心洗滌并置于200ml 10M的鹽酸溶液中攪拌24h；然后將所得白色固體洗滌干燥，在450℃煅燒2h，得到二氧化鈦納米棒。

步驟(2)：將步驟(1)所得的二氧化鈦納米棒與硼氫化鈉按質量比稱量并研磨混合均勻；然后將混合粉末在惰性氣氛的管式爐中燒結，再自然冷卻至室溫；將所得產物洗滌干燥，得到黑藍色的缺陷二氧化鈦。

步驟(3)：將步驟(2)所得的缺陷二氧化鈦與鋰鹽分散于溶劑中，并超聲1h；然后向混合物中加入聚合物粉末，并加熱攪拌；將攪拌后的漿料澆筑在聚四氟乙烯皿中，然后進行真空干燥，得到復合固態電解質膜。

7.根據權利要求5所述制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中二氧化鈦納米棒與硼氫化鈉的質量比為1：(0.5～2)；燒結溫度為300℃～500℃；燒結時間為10min～120min。

8.根據權利要求5所述制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中缺陷二氧化鈦與聚合物的質量比為(0.05～0.5)：1；聚合物與鋰鹽的摩爾比為(8～20)：1；聚合物為溶劑質量的3％-15％；溶劑為無水乙腈、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亞砜、丙酮中的一種。

9.根據權利要求6所述制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中加熱攪拌溫度為30～60℃；時間為6～12h；真空干燥溫度為35～80℃；干燥時間為6～24h。

10.一種全固態鋰離子電池，其特征在于：使用其包括權利要求1所述的復合固態電解質膜。