[發明專利]一種固態電解質復合膜的制備方法與用途

在審

• 申請號: 202210431095.7
• 申請日: 2022-04-22
• 公開（公告）號: CN114927751A
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 曹正鑫;李星
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 北京風雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 李翔

本發明公開了一種固態電解質復合膜的制備方法，本發明采用以LITP為主要原料，在DMF中加入適量的高分子物質聚丙烯腈為粘合劑，充分溶解后加入不同含量的LITP陶瓷粉末；并在80℃下攪拌。攪拌均勻后將懸濁液倒在聚丙烯膜上(pp膜)，在真空烘箱中40℃下干燥24h以去除殘留溶劑，切割成直徑為19mm的圓片，得到一種復合固態電解質隔膜。電化學實驗證明本方法制備的固態電解質復合膜作為鋰金屬電池電極保護層，能有效抑制了電池充放電過程中鋰枝晶的生長，進而提高了鋰電池的循環性能，因而使其具有廣闊的應用前景。在整個制備過程中，操作簡單，原料成本低，設備投資少，適合批量生產。

技術領域

本發明屬于材料化學領域，具體涉及到一種固態電解質復合膜的制備方法及其用于鋰金屬電池電極保護層材料以提高鋰電池循環性能的用途。

背景技術

金屬鋰是目前已知的密度最低的金屬材料，并且具有較高的理論比容量(3840mAh/g)。此外，與標準氫電極相比，Li⁺/Li組成的氧化還原電對能夠提供最低的氧化還原電位(-3.04V)，這一特性讓鋰離子二次電池在使用過程中具有較高的工作電壓(BruceP G等人，Nature Materials,2012,11(1):19-29；Jung J W等人，Journal of MaterialsChemistry A,2016,4(3):703-750；Xu J J等人，EnergyEnvironmental Science,2014,7(7):2213-2219)。上述優異的性能使得金屬鋰受到了研究者的廣泛關注。然而，金屬鋰負極在實際應用的過程中依舊面臨著許多難點，其主要難點包括以下三個方面：一是金屬鋰負極與電解液界面上的復雜反應導致界面阻抗的不斷增加，從而降低了充放電循環過程中循環效率；二是隨著循環圈數的不斷增加，金屬鋰反復的進行嵌入和脫出反應，鋰負極會產生嚴重的體積膨脹效應，造成負極活性物質的脫落，繼而降低了電池的循環效率；三是金屬鋰在電極表面的不均勻沉積會在負極表面形成大量鋰枝晶，鋰枝晶從電極上脫落進入電解液中會形成“死鋰”，導致電極活性物質的損失；若鋰枝晶持續生長會穿透電池隔膜與正極接觸而導致電池短路，可能造成電池燃燒甚至爆炸(Xu W等人，EnergyEnvironmentalScience,2014,7(2):513-537；Zhamu A等人，EnergyEnvironmental Science,2012,5(2):5701-5707；Brandt K等人，Solid State Ionics,1994,69(3-4):173-183)。為了解決上述所面臨的挑戰，固態電解質開始進入人們的視線。固態電解質具有較寬的電化學穩定窗口，可與高電壓的電極材料配合使用，提高電池的能量密度，使具有高理論能量密度的金屬鋰作為負極的可能性大大增加。Liu等人使用PAN-LiClO₄作為聚合物電解質基質,使用Li_0.33La_0.557TiO₃納米線進行填充合成了復合固態電解質,在室溫下鋰離子電導率為2.4×10-4S/cm,鋰離子傳導率實現了大幅度的提高,然而其與鋰的電化學穩定性和機械性能等未見報道。(Liu W,Liu N,Sun J,Hsu PC,Li Y,Lee HW,Cui Y.Nano Lett,2015,15:2740–2745)。