[發明專利]一種復合固態電解質及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202211460527.3
• 申請日: 2022-11-17
• 公開（公告）號: CN115832412A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 徐亞楠;馬衍偉;王凱
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056;H01M10/052
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙琪

本發明提供了一種復合固態電解質及其制備方法和應用，屬于全固態鋰電池技術領域。將鹽酸多巴胺、三羥甲基氨基甲烷緩沖溶液和甲醇溶液混合后調節pH值至8.5～9.0，得到混合液；將所述混合液與石榴石型氧化物粉體混合進行聚合反應，得到聚多巴胺包覆的石榴石氧化物粉體；將聚偏二氟乙烯基聚合物、鋰鹽和有機溶劑混合，得到聚合物溶液；所述聚多巴胺包覆的石榴石型氧化物粉體與聚合物溶液混合后干燥，得到所述復合固態電解質。本發明利用聚多巴胺包覆石榴石型氧化物來調控與聚偏二氟乙烯(PVDF)基聚合物的界面結構，使陶瓷?聚合物界面接觸更好，更穩定，離子傳輸更快，提升復合固態電解質的綜合性能。

技術領域

本發明涉及全固態鋰電池技術領域，尤其涉及一種復合固態電解質及其制備方法和應用。

背景技術

新能源技術的開發和應用是減少二氧化碳排放的必然路徑，這對推動電動汽車和大規模儲存可再生能源的儲能電池提出了更高的要求。傳統的鋰離子電池將難以滿足不斷增長的能源需求，因為它們的能量密度接近理論極限。更令人擔憂的是，由于傳統鋰離子電池采用的是液態有機電解質，容易泄露或者遇到明火發生爆炸，存在嚴重的安全隱患。近年來，全固態鋰金屬電池因其固有的安全性和良好的熱穩定性而受到越來越多的關注。固態電解質作為固態電池的關鍵組成部分，其優異的力學性能使高比容量鋰金屬陽極的應用成為可能，可以提供比傳統鋰電池更高的能量密度。在已報道的固態電解質中，固體聚合物電解質具有輕質、柔韌性好、界面相容性好、易規模化生產等優勢，最有可能率先實現大規模應用。然而，室溫離子電導率較低，操作窗口較窄，限制了其進一步商業化應用。

為了解決聚合物電解質存在的突出問題，人們做出了許多努力來提高其性能，包括在聚合物基體中引入活性填料，如石榴石型Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)以形成復合聚合物電解質。其中，以石榴石型LLZO活性填料與高極化聚偏氟乙烯(PVDF)基聚合物組成的復合電解質獲得了廣泛關注，但傳統的PVDF/石榴石復合電解質與高電壓正極和鋰金屬負極不兼容，存在穩定性不佳的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種復合固態電解質及其制備方法和應用。本發明利用聚多巴胺包覆石榴石型氧化物來調控與聚偏二氟乙烯基聚合物的界面結構，使陶瓷-聚合物界面接觸更好，更穩定。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種復合固態電解質的制備方法，包括以下步驟：

將鹽酸多巴胺、三羥甲基氨基甲烷緩沖溶液和甲醇溶液混合后調節pH值至8.5～9.0，得到混合液；

將所述混合液與石榴石型氧化物粉體混合進行聚合反應，得到聚多巴胺包覆的石榴石氧化物粉體；

將聚偏二氟乙烯基聚合物、鋰鹽和有機溶劑混合，得到聚合物溶液；

所述聚多巴胺包覆的石榴石型氧化物粉體與聚合物溶液混合后干燥，得到所述復合固態電解質。

優選地，所述聚合物溶液中的聚偏二氟乙烯基聚合物與聚多巴胺包覆的石榴石型氧化物粉體的質量比為3～6：0.8～1.6。

優選地，所述混合液中的鹽酸多巴胺與石榴石型氧化物粉體的質量比為1～3：10。

優選地，所述聚多巴胺包覆的石榴石型氧化物粉體的質量為聚合物溶液中的聚偏二氟乙烯基聚合物和鋰鹽總質量的10～30％。

優選地，所述聚偏二氟乙烯基聚合物包括聚偏二氟乙烯和/或聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)。