[发明专利]无机固态电解质垂直取向的复合固态电解质及制备方法

说明书

本发明涉及的是一种无机固态电解质垂直取向的复合固态电解质及制备方法，属于锂离子电池固态电解质技术领域。复合固态电解质由无机固态电解质、聚合物电解质和锂盐组成，无机固态电解质、聚合物电解质和锂盐的质量比例为0.1～0.9：0.1～0.9：0.03～0.5。本发明通过静电纺丝制备无机固态电解质纳米纤维，并将其通过电场取向法制备垂直取向的无机固态电解质骨架，以聚合物和锂盐浇注形成复合固态电解质。将纳米纤维代替纳米粒子对完整均匀无机固态电解质骨架的制备以及形成快速Li⁺传输通路均具有明显优势，可显著提高电解质的室温离子电导率，达到10^‑4S·cm^‑1。

技术领域

本发明涉及的是一种无机固态电解质垂直取向的复合固态电解质及制备方法，属于锂离子电池固态电解质技术领域。

背景技术

高性能、安全并且经济的能量储存方式是目前许多领域的追求目标，人们将希望寄托于迅速发展的二次锂离子电池及新材料。随着对锂离子电池安全性和高能量密度要求的不断提升，人们将目光逐渐转向全固态锂离子电池。用固态电解质代替传统液体电解质是获得高能量密度、安全性和长循环寿命的全固态锂离子电池的根本途径。

聚合物固态电解质具有高的安全性、力学柔性、黏弹性、易成膜、形状可调、比重轻、成本低等诸多优点，被认为是下一代高能存储器件用最具潜力的电解质之一。但是，聚合物固态电解质离子电导率低，室温下仅为10^-7～10^-6S·cm^-1，难以实现常温下锂离子电池的应用。无机固态电解质室温离子电导率高，但和活性物质之间存在严重的界面问题，商业化困难。将聚合物电解质和无机固态电解质进行复合制备复合固态电解质可以集中二者优势，达到改善综合性能的目的。现有技术中由聚合物电解质和无机固态电解质复合制备的复合固态电解质中无机固态电解质以形貌不均一的微米级颗粒形式存在，Li⁺的快速传输方式为在无机固态电解质颗粒之间的传输，垂直于电极表面传输路径为最短传输路径。Li⁺的传输速度受限于无机固态电解质颗粒在聚合物电解质中的分散状态、距离间隔和接触面积。但是，通常情况下无机固态电解质颗粒均经过高温烧结，难以在聚合物电解质中均匀分散，更加难以形成垂直电极表面取向的链式传输方式，而且颗粒与颗粒之间的接触面积较小，所以传统方法中所得复合固态电解质离子电导率提高效果有限，不能满足实际应用的需求。现有技术中将无机固态电解质纳米粒子在聚二甲基硅烷中垂直取向并通过光固化进行交联，但是受到光固化聚合物以及固化条件的限制，复合固态电解质中所用到的聚合物电解质种类单一，目前工业上成熟的聚合物电解质无法参与制备，暂不具有工业化和实际使用的价值。

发明内容

本发明的目的在于针对目前聚合物固态电解质离子电导率低的问题，以提供一种无机固态电解质垂直取向的复合固态电解质材料及其制备方法，目的在于提高固态电解质的离子电导率，改善界面问题，为全固态电池的制备奠定基础。

为此，本发明提供一种无机固态电解质垂直取向的复合固态电解质，其由无机固态电解质、聚合物电解质和锂盐组成。无机固态电解质骨架、聚合物电解质和锂盐的质量比例为(0.1～0.9)：(0.1～0.9)：(0.03～0.5)。

优选的，无机固态电解质骨架为氧化物或硫化物无机固态电解质中的一种或多种，无机固态电解质骨架为由静电纺丝法制备的无机固态电解质纳米纤维通过电场取向法制备，更优选的，无机固态电解质骨架为由静电纺丝法制备的高度取向的无机固态电解质纳米纤维通过电场取向法制备。

优选的，聚合物为聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚二甲基硅氧烷中的一种或多种。