[发明专利]一种基于纤维状快离子导体的有机/无机复合固态电解质膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于纤维状快离子导体的有机/无机复合固态电解质膜，由高比表面多孔纤维状无机快离子导体(比表面积为180～240m²/g，孔隙率为50％～70％)、聚合物和锂盐制成。本发明的制备方法：(1)将聚合物、锂盐和纤维状无机快离子导体依次溶解在有机溶剂中，搅拌均匀，形成聚合物浓度为0.1～1g/mL的均匀溶胶；(2)将溶胶进行成膜，自然干燥，烘干，即得到有机/无机复合固态电解质膜。本发明将具有的高比表面多孔纤维状快离子导体与聚合物复合，改善电解质的室温离子导电性，改善纤维状快离子导体与聚合物之间的界面结合及对锂盐的解析作用，同时纤维状无机快离子导体在聚合物中的力学增强作用可以提高复合电解质的机械性能。

技术领域

本发明属于固态电池技术领域，尤其涉及一种基于纤维状快离子导体的有机/无机复合固态电解质膜及其制备方法。

背景技术

全固态锂离子电池的结构包括正极、电解质、负极，全部由固态材料组成。其中，固态电解质的室温离子电导率是影响电池性能的最关键因素。目前，主流的SPE基体仍为最早被提出的PEO及其衍生物，主要得益于PEO对金属锂稳定并且可以更好地解离锂盐。然而，由于固态聚合物电解质中离子传输主要发生在无定形区，而室温条件下未经改性的PEO的结晶度高，导致室温离子电导率较低，只好提高温度使用，使其工作温度在60～85℃，对于电池来说，加热需要的能量也只能来自于自身的储能，因此会影响续航里程。另外纯PEO的电化学稳定窗口低于4V，与高电压正极相容性差，采用PEO的全固态电池不能采用高电压电极材料，这直接影响电池能量密度的提升。

近年来，采用有机/无机复合聚合物电解质成为解决上述问题的一种重要方法，因为由聚合物基体和陶瓷填料组成的复合固态电解质与现有锂电池制造工艺兼容，且陶瓷填料与聚合物在复合界面处的相互作用有利于提高离子电导率。陶瓷粉末的主要作用是解析锂盐，提高聚合物的离子电导率，以及改善聚合物电解质的耐热和力学性能。然而，陶瓷粉末颗粒容易团聚，影响添加量和分布均匀性，且大量添加无机填料会使电解质膜的机械性能大大降低，影响锂离子电池的安全性。同时，由常规粉末型填料制备的复合固态电解质中随机取向、非连续分布的异质界面无法充分发挥增强离子电导率的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种基于纤维状快离子导体的有机/无机复合固态电解质膜及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于纤维状快离子导体的有机/无机复合固态电解质膜，所述有机/无机复合固态电解质膜由高比表面多孔纤维状无机快离子导体、聚合物和锂盐制成，所述高比表面多孔纤维状无机快离子导体的比表面积为180～240m²/g，孔隙率为50％～70％。

上述的有机/无机复合固态电解质膜，优选的，所述高比表面多孔纤维状无机快离子导体为锂镧锆氧纤维、钽掺杂锂镧锆氧纤维、铝掺杂锂镧锆氧纤维、锂镧钛氧纤维、磷酸锗铝锂纤维、磷酸钛铝锂纤维中的一种或几种。

上述的有机/无机复合固态电解质膜，优选的，所述高比表面多孔纤维状无机快离子导体的直径为100～500nm，长度为500nm～20um。

上述的有机/无机复合固态电解质膜，优选的，所述高比表面多孔纤维状无机快离子导体质量占所述聚合物的1～50％；所述锂盐占所述聚合物的5～30％。

上述的有机/无机复合固态电解质膜，优选的，所述有机/无机复合固态电解质膜厚度为5～200um。

上述的有机/无机复合固态电解质膜，优选的，所述聚合物为聚碳酸丙烯酯、聚碳酸乙烯酯、聚碳酸丁烯酯、聚(碳酸丙烯酯)-聚(碳酸环己烯)共聚物、聚碳酸环己烯中的一种或几种；所述锂盐为高氯酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂、六氟磷酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂中的一种。