[發明專利]一種鋰離子固態復合聚合物電解質及其制備方法

在審

• 申請號: 202211538868.8
• 申請日: 2022-12-01
• 公開（公告）號: CN116365046A
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 蘇慶梅;李華煜;杜高輝;許并社
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;H01M10/0565;H01M10/0525;H01M10/42;H01M4/62;H01M4/36;H01M4/525;H01M4/505
• 代理公司: 北京中巡通大知識產權代理有限公司 11703
• 代理人: 郭瑤

本發明提供一種鋰離子固態復合聚合物電解質及其制備方法，該制備方法包括將PVDF和雙三氟甲磺酰亞胺鋰溶于N?甲基吡咯烷酮中，攪拌待完全溶解后，加入鋰銦氯固態電解質粉末，攪拌得到鋰離子固態復合聚合物電解質凝膠；將鋰離子固態復合聚合物電解質凝膠烘干處理后，得到鋰離子固態復合聚合物電解質。該方法中鋰銦氯固態電解質作為無機填料有效降低PVDF的結晶度，引入大量Lisupgt;+/supgt;遷移的新通道，使電解質的離子導率增加，同時有效擴大了電解質的電化學窗口，使得電解質可以適應較寬的電壓范圍，雙三氟甲磺酰亞胺鋰可以有效平衡鋰離子的電導率和粘度，以促使鋰均勻沉積，有效提高了電解質的電導率，鋰銦氯填料有效提高固態電解質的力學強度。

技術領域

本發明屬于全固態鋰離子電池技術領域，涉及一種鋰離子固態復合聚合物電解質及其制備方法。

背景技術

電動車動力電源、大規模儲能等新興應用場景對鋰離子電池的能量密度和安全性提出了更高的要求。常規鋰離子電池使用的液態電解質化學性質不穩定，不適應高電壓儲能體系。此外，液態電解質易揮發、易燃、易爆，導致一系列安全隱患，限制了高能量密度鋰電池的進一步推廣應用。近年來快速發展的固體電解質，具有優良的化學和電化學穩定性以及力學性能，既能夠匹配高電壓正極材料，也能夠有效抑制鋰金屬負極枝晶生長，同時不存在漏液、易燃易爆等問題，其中聚合物固體電解質具有質輕、柔性等特點，易于與電極形成良好的界面接觸，受到了越來越多研究者的關注。但是，現有的聚合物電解質的電化學窗口相對較窄，力學強度低，且室溫離子電導率相對較低，限制了其應用可行性。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種鋰離子固態復合聚合物電解質及其制備方法，從而解決現有技術中聚合物電解質的電化學窗口窄，力學強度低，且室溫離子電導率低的問題。

本發明通過以下技術方案來實現：

一種鋰離子固態復合聚合物電解質的制備方法，包括以下步驟：

S1：將聚偏二氟乙烯和雙三氟甲磺酰亞胺鋰溶于N-甲基吡咯烷酮中，攪拌待完全溶解后，加入鋰銦氯固態電解質粉末，攪拌得到鋰離子固態復合聚合物電解質凝膠；

S2：將所述鋰離子固態復合聚合物電解質凝膠烘干處理后，得到所述鋰離子固態復合聚合物電解質。

優選的，所述雙三氟甲磺酰亞胺鋰與聚偏二氟乙烯的質量比為(0.5～1.5):(3.5～4.5)。

優選的，所述鋰銦氯固態電解質粉末的加入量為15～75wt％。

優選的，加入鋰銦氯固態電解質粉末后，攪拌溫度為15～40℃。

優選的，所述復合電解質凝膠的烘干溫度為40～80℃，烘干時間為4～10h。

一種鋰離子固態復合聚合物電解質，通過上述的方法制得，所述鋰離子固態復合聚合物電解質的鋰離子電導率達1.3×10^-4S?cm^-1。

一種鋰離子正極材料的制備方法，將上述的鋰離子固態復合聚合物電解質凝膠涂覆于三元正極材料的表面，然后真空干燥處理，得到所述鋰離子電池正極材料。

優選的，所述三元正極材料為NCM111、NCM523、NCM622以及NCM811中的任意一種。

一種鋰離子正極材料，根據上述的方法制得。

一種全固態鋰離子聚合物電池，包含上述的鋰離子電池正極材料；所述全固態聚合物電池在2.7～4.3V的電壓區間內，0.1C的倍率下，經過50圈循環測試后，可逆比容量大于127mAh?g^-1。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：