[發明專利]一種雙層石墨烯包覆固態電解質復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110746121.0
• 申請日: 2021-07-01
• 公開（公告）號: CN113488693B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 李新祿;王雲鍇
• 申請（專利權）人: 重慶錦添翼新能源科技有限公司;惠州市金龍羽電纜實業發展有限公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 重慶一葉知秋專利代理事務所(普通合伙) 50277
• 代理人: 劉洪雨

本發明公開了一種雙層石墨烯包覆固態電解質復合材料，包括固態電解質內核、石墨烯納米帶包覆內層和自支撐石墨烯包覆外層，固態電解質材料、石墨烯納米帶材料和自支撐石墨烯材料分別占雙層石墨烯包覆固態電解質復合材料的質量百分比為：70?90％、5?20％以及5?10％，本發明將固態電解質材料經過靜電吸附劑處理后，先后經石墨烯納米帶的靜電包覆和自支撐石墨烯的化學氣相原位生長，得到雙層石墨烯包覆固態電解質復合材料。本發明具有工藝簡單，操作方便的優點，并且制備得到的雙層石墨烯包覆固態電解質復合材料具備高離子遷移速率，低界面接觸電阻；同時該復合材料可直接免除鋰枝晶的生長，提升循環性能與倍率性能，可應用于高安全性和高能量密度固態電池。

技術領域

本發明涉及全固態電池技術領域，尤其涉及一種雙層石墨烯包覆固態電解質復合材料及其制備方法。

背景技術

高效、多用途的能量轉換與存儲成為近些年來科學技術的重要發展方向。全球范圍內掀起的新能源汽車熱潮標志著交通能源的全面轉型，同時也體現出現代社會對于從小型便攜式儲能設備到大型動力儲能設備不同層次的需求。因此，當下迫切需要開發的核心技術就是研發具有高性能的新型移動電源裝置，而鋰離子電池由于自身具備的無污染、能量高、壽命長等諸多優勢成為移動電源裝置的最佳選擇。

對比傳統液態鋰離子電池，全固態鋰電池在安全性、能量密度等諸多方面具備很大優勢，而全固態鋰電池還存在許多亟待解決的關鍵問題。如庫侖效率低、倍率性能差、界面電阻高和循環壽命短等問題，這些問題的原因主要是由固體-固體界面的不穩定性引起的，其中包括鋰枝晶在固態電解質中的形成、界面接觸電阻大、鋰潤濕性差等。

目前現有的包覆固態電解質的復合材料及其制備方法，如申請號為201910477174.X的“一種碳纖維包覆固體電解質材料的制備方法及其應用”，公開的制備方法是：將有機碳源溶解于溶劑中，磁力攪拌后，將溶液轉入靜電紡絲注射器內進行靜電紡絲，將靜電紡絲后的固體電解質片取下，烘干后在管式爐煅燒，進行預氧化，將預氧化的材料在氬氣氣氛下進行碳化，得到碳纖維包覆固體電解質材料。但是此技術路線存在的主要缺點是：①工藝復雜，設備繁多，實際操作困難，不利于規模化生產；②包覆后的固體-固體界面，依舊穩定性不高；③采用極片包覆固態電解質包覆程度不均勻；④碳纖維材料和固態電解質材料的結合力較差，在固態電池實際工作中可能形成粉化，加速電池容量衰減和界面阻抗增大。

因此，急需提出一種具有工藝簡單、操作方便、生產成本低、生產安全性強的新型固態電解質復合材料，以解決當前存在于固態電池中棘手的界面問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，針對固態電解質與金屬鋰負極材料之間界面不穩定的問題，提出了一種雙層石墨烯包覆固態電解質復合材料及其制備方法。

雙層石墨烯包覆固態電解質復合材料從內到外依次包括：固態電解質內核、石墨烯納米帶包覆內層和自支撐石墨烯包覆外層，固態電解質材料、石墨烯納米帶材料和自支撐石墨烯材料分別占雙層石墨烯包覆固態電解質復合材料的質量百分比為：70-90％、5-20％以及5-10％。

其中，固態電解質材料的平均粒徑為0.05-1um，比表面積為1-15m²·g^-1；石墨烯納米帶材料的直徑為5-50nm，長度為1-100um，含碳量≥95％；自支撐石墨烯材料的形貌為尖片狀，自支撐石墨烯的包覆厚度為50-100nm。