[发明专利]一种柔性三维固态电解质隔膜的制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种柔性三维固态电解质隔膜的制备方法，首先将纳米纤维加入到溶剂中配制成纳米纤维悬浮液；然后将锂离子导电陶瓷颗粒加入到纳米纤维悬浮液中高速搅拌，经冷冻干燥后得到陶瓷颗粒/纳米纤维三维多孔复合支架；将锂盐加入到聚环氧乙烷的乙腈溶液中高速搅拌，得到锂盐‑聚环氧乙烷混合液；再将陶瓷颗粒/纳米纤维三维多孔复合支架浸泡在锂盐‑聚环氧乙烷混合液中，经干燥及热压处理后得到柔性三维固态电解质隔膜。本发明通过锂将离子导电陶瓷均匀附着在纳米纤维上形成三维多孔支架，延长锂离子在聚合物基质中的传输路径，进而实现固态复合电解质隔膜在室温下具有高的离子电导率、优异的电化学稳定性和柔韧性。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种柔性三维固态电解质隔膜的制备方法。

背景技术

随着柔性电子设备的开发，柔性储能系统已经朝高容量、高安全性和长寿命方向发展。全固态锂离子电池具有高的安全性能成为研究的热点。与传统液态电解质锂离子电池相比，全固态锂离子电池具有明显的优点：1）更高的比能量和能量密度(＞300 Wh/kg)；2）更宽的温度适用范围；3）自放电速率小；4）良好的安全性能，无电解液泄露的隐患；4）循环过程中无副反应发生，具有更长的循环寿命；5）电化学窗口＞5 V，可以匹配高电压正极材料；6）电解质机械强度高、形状可控，全固态锂离子电池易加工成型。全固态锂离子电池在柔性储能领域中具有显著的应用前景。

固态电解质作为全固态锂离子电池的核心部分，它实现正负极活性物质之间锂离子的传递，同时也可以作为隔膜分隔正负极防止内部短路。一般而言，固态电解质在室温下离子电导率较低，从而限制了它的应用。通过在聚合物基质中添加离子导电填充物可以提高固态电解质在室温下的离子电导率，这主要是因为纳米填充颗粒可以延长离子在聚合物基质中的传输路径。然而，纳米填充物容易在聚合物基质中聚集和团聚，使得离子导电颗粒在聚合物基质中形成孤岛分布，不能有效提高聚合物电解质的离子电导率。采用纤维状结构的纳米导电填充物可以改善上述问题，但是无机物自身较脆的特性导致聚合物电解质不具备良好的柔韧性。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种柔性三维固态电解质隔膜的制备方法，该复合固态电解质隔膜不仅具有高的离子电导率、优异的电化学稳定性和柔韧性，还能在柔性锂离子电池或其他电化学储能系统中得到广泛的应用。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种柔性三维固态电解质隔膜的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：将纳米纤维加入到溶剂中，超声分散配制成纳米纤维悬浮液；

步骤二：将锂离子导电陶瓷颗粒加入到上述纳米纤维悬浮液中搅拌，使纳米陶瓷颗粒均匀分布于纳米纤维基体中，经冷冻干燥后得到陶瓷颗粒/纳米纤维三维多孔复合支架；

步骤三：将锂盐加入到聚环氧乙烷的乙腈溶液中搅拌，得到锂盐-聚环氧乙烷混合液；

步骤四：将得到的陶瓷颗粒/纳米纤维三维多孔复合支架浸泡在锂盐-聚环氧乙烷混合液中，经干燥及热压处理后得到陶瓷颗粒/纳米纤维增强的聚环氧乙烷基柔性三维固态电解质隔膜。

进一步地，所述步骤一中的纳米纤维为细菌纳米纤维或植物纳米纤维；溶剂为超纯水、异丙醇、无水乙醇或正丁醇中的任意一种。

进一步地，所述纳米纤维的分散浓度为5mg/mL-20mg/mL。

进一步地，所述步骤二中的锂离子导电陶瓷颗粒为铝酸锂、氮化锂、二氧化硅、氧化铝或石榴石型Li_6.4La₃Zr₂Al_0.2O₁₂盐中的任意一种。

进一步地，所述陶瓷颗粒/纳米纤维三维多孔复合支架中各组分所占的质量百分比为：所述陶瓷颗粒80-95，所述纳米纤维5-20。