[發(fā)明專利]集成化正極-電解質(zhì)及其靜電紡絲制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110469097.0
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN113201861B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡毅;張萌萌;陳倩;曾穎
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 主分類號(hào): D04H1/728
• 分類號(hào): D04H1/728;D04H1/4382;D01D5/00;D01F1/09;D01F1/10;D01F6/48;H01M4/13;H01M4/139;H01M10/0525;H01M10/0565
• 代理公司: 浙江永航聯(lián)科專利代理有限公司 33304
• 代理人: 蔡鼎

本發(fā)明涉及一種儲(chǔ)能體系器件材料的制備方法，特別涉及一種集成化正極?電解質(zhì)及其靜電紡絲制備方法，屬于儲(chǔ)能體系器件材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明首先將活性物質(zhì)和導(dǎo)電物質(zhì)分散于聚偏二氟乙烯溶液中配置正極紡絲前驅(qū)液，將氧化物型陶瓷納米顆粒分散于聚偏二氟乙烯溶液中配置電解質(zhì)紡絲前驅(qū)液，然后進(jìn)行連續(xù)靜電紡絲得到集成化正極?電解質(zhì)纖維；最后，澆鑄“聚合物?導(dǎo)電鋰鹽”體系的聚合物電解質(zhì)得到集成化正極?電解質(zhì)。該材料可應(yīng)用于柔性固態(tài)鋰電池中，具備良好的電化學(xué)性能和機(jī)械柔性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種儲(chǔ)能體系器件材料的制備方法，特別涉及一種集成化正極-電解質(zhì)及其靜電紡絲制備方法，屬于儲(chǔ)能體系器件材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

可穿戴電子產(chǎn)品，電動(dòng)汽車和智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，需要有高能量密度、高安全性、良好機(jī)械柔性的儲(chǔ)能器件與之匹配。鋰離子電池經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為當(dāng)今電子產(chǎn)品的主流儲(chǔ)能器件。然而，傳統(tǒng)的商業(yè)鋰離子電池的剛性電極和集流器以及液態(tài)電解質(zhì)使得鋰離子電池難以實(shí)現(xiàn)柔性化，無法滿足柔性、可穿戴的市場需求。此外，以石墨作為負(fù)極，其僅有372 mAh g^-1的理論容量，存在著能量密度低的重大缺陷。與此同時(shí)，電池中使用的有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)易燃、易泄露，極易造成嚴(yán)重的安全事故。

針對傳統(tǒng)鋰離子電池存在的諸多問題，一種有效的解決方案是用固態(tài)電解質(zhì)來取代有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)。固態(tài)電解質(zhì)不易燃，空氣下穩(wěn)定，在安全性方面，相對于液態(tài)電解質(zhì)有了大幅度提高。此外，固態(tài)電解質(zhì)的使用使得具有最低化學(xué)電位（-3.04 V）和最高理論容量（3860 mAh g^-1）的鋰金屬直接作為負(fù)極成為可能。固態(tài)電解質(zhì)目前主要分為兩類：有機(jī)聚合物固態(tài)電解質(zhì)和無機(jī)陶瓷固態(tài)電解質(zhì)。聚合物固態(tài)電解質(zhì)制備簡單且機(jī)械柔性優(yōu)良，然而其室溫下離子電導(dǎo)率低，電化學(xué)穩(wěn)定窗口窄，難以滿足電池的使用要求。陶瓷固態(tài)電解質(zhì)也可細(xì)分為硫化物型陶瓷固態(tài)電解質(zhì)和氧化物型陶瓷固態(tài)電解質(zhì)，硫化物電解質(zhì)室溫下鋰離子電導(dǎo)率高（10^-2 S cm^-1），然而其室溫下極其不穩(wěn)定，對大批量生產(chǎn)和商業(yè)化使用帶來了諸多不便。氧化物固態(tài)電解質(zhì)室溫下離子電導(dǎo)率較高（10^-4 S cm^-1）且在大氣和水中穩(wěn)定。不幸的是，正極的離子電導(dǎo)率較低，氧化物陶瓷固態(tài)電解質(zhì)剛性易碎，正極/電解質(zhì)間存在著高界面電阻，無法滿足柔性化的需求。因此，如何在正極內(nèi)實(shí)現(xiàn)高離子電導(dǎo)率并與固態(tài)電解質(zhì)構(gòu)成較小的電阻界面也是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

因此，制備集成化的正極/電解質(zhì)是一種理想選擇。正極通常是把活性物質(zhì)與導(dǎo)電物質(zhì)混合進(jìn)行研磨，再用刮刀涂覆在涂炭鋁箔上進(jìn)行烘干來制備的。涂覆法制備的正極的剛性表面與復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)會(huì)形成較大的界面電阻，進(jìn)而影響全電池的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種集成化正極-電解質(zhì)，具有良好的機(jī)械柔性，能夠彎曲、折疊，其作為全固態(tài)鋰金屬電池正極和固態(tài)電解質(zhì)材料時(shí)，具有良好的電化學(xué)性能，能夠滿足柔性電池的需求。

本發(fā)明還提供一種集成化正極-電解質(zhì)的靜電紡絲制備方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：

一種集成化正極-電解質(zhì)的靜電紡絲制備方法，該方法包括以下步驟：

（1）氧化物型陶瓷納米顆粒制備：

將含氧化物型陶瓷固態(tài)電解質(zhì)的金屬離子前驅(qū)體鹽溶解于水中，選擇性添加適量異質(zhì)原子前驅(qū)體鹽作為摻雜劑，加熱攪拌形成均勻溶液，干燥，煅燒，得到氧化物型陶瓷納米顆粒；

（2）集成化正極-電解質(zhì)納米纖維的制備：

a、將聚偏二氟乙烯溶解于N，N-二甲基甲酰胺溶劑中制備聚偏二氟乙烯溶液；

b、將活性物質(zhì)、導(dǎo)電物質(zhì)（Super P）、聚環(huán)氧乙烷（PEO）和鋰鹽（LiTFSI）加入聚偏二氟乙烯溶液中，活性物質(zhì)與聚偏二氟乙烯的重量比為0.25 -1：1，PEO的添加量為聚偏二氟乙烯重量的2-6%，