[发明专利]阵列式无机颗粒参与的固态电解质膜的制备方法及其在固态锂离子电池中的应用

说明书

本发明公开了一种阵列式无机颗粒参与的固态电解质膜的制备方法及其在固态锂离子电池中的应用，将阵列式无机颗粒作为固体电解质的主要添加成分分散于有机溶剂中，再与聚合物共混，其中阵列式无机颗粒的加入量为聚合物质量的60%‑200%，充分分散后再添加聚合物质量1%‑30%的锂盐和聚合物质量1%‑30%的塑化剂并搅拌混合均匀，然后将混合均匀的溶液在基底上成膜并真空烘干后制得阵列式无机颗粒固态聚合物电解质膜；本发明还公开了该固态电解质膜在固态锂离子电池中的应用。本发明制得的固态电解质膜能够有效保证聚合物电解质的机械性能且其制得的固态锂离子电池具有较好的高压电性能。

技术领域

本发明属于固态电解质膜及固态锂离子电池技术领域，具体涉及一种阵列式无机颗粒参与的固态电解质膜的制备方法及其在固态锂离子电池中的应用。

背景技术

更轻、更薄、更小的便携式设备市场需求的快速增长，推动了先进可靠的电化学储能技术的发展。柔性电子技术对于实现特殊的可移植性和适用于所有条件和所有环境的用途具有特殊的意义。随着柔性电子技术的迅猛发展，它们正在彻底改变人类社会和生活。但是就目前而言，无论是动力电池还是便携式设备，锂电池在能量密度方面正逐渐接近理论极限，从而阻碍了设备性能的进一步提高。因此，探索安全的、绿色的、高能量密度的锂离子电池成为目前迫切的研究目标。同时，随着社会的发展以及国家对于对于新能源汽车的大力倡导，新能源汽车的市场发展步伐日益加快。其中电动汽车的应用中，迫切需求能量密度大的储能设备，这一要求推动了世界范围内研究人员对锂电池的开发。当下电动汽车安全事故频频发生，因此具有高安全性能的固态电池引起了人们的广泛关注。

固态锂离子电池因其高的安全性以及高的能量密度而受到研究界的关注，其中固态电解质主要有机聚合物电解质和无机固态电解质，无机固态电解质的明显优势在于具有高的电化学窗口和较高的离子电导率，但是其较为突出的缺点为该类材料有较大的界面接触阻抗，并且机械性能较差，很难进行商业化应用。而有机聚合物电解质则弥补了无机固态电解质的缺点，其具有较低的界面阻抗和较好的柔韧性，但是电化学窗口较低。从目前固态电解质的研究来看，最主要的问题是保证较高电化学窗口的情况下，提高固态电解质离子电导率的同时改善电极与固态电解质的界面兼容性。针对上述问题，研究者在研究和设计固态电解质体系上则多选用聚合物与无机颗粒复合体系。因为这样的混合体系不仅可以使固态电解质具有较强的机械性能，而且具有有序的离子通道及较高的离子电导率。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种阵列式无机颗粒参与的固态电解质膜的制备方法及其在固态锂离子电池中的应用，该方法制得的固态电解质膜能够有效保证聚合物电解质的机械性能且其制得的固态锂离子电池具有较好的高压电性能。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，阵列式无机颗粒参与的固态电解质膜的制备方法，其特征在于具体过程为：将阵列式无机颗粒作为固体电解质的主要添加成分分散于有机溶剂中，再与聚合物共混，其中阵列式无机颗粒的加入量为聚合物质量的60％-200％，充分分散后再添加聚合物质量1％-30％的锂盐和聚合物质量1％-30％的塑化剂并搅拌混合均匀，然后将混合均匀的溶液在基底上成膜并真空烘干后制得阵列式无机颗粒固态聚合物电解质膜；

所述阵列式无机颗粒为阵列式锂镧锆氧、阵列式锂镧锆钽氧、阵列式磷酸锗铝锂、阵列式磷酸钛铝锂、阵列式二氧化硅或阵列式三氧化二铝中的一种或多种；

所述有机溶剂为乙腈、氮甲基吡咯烷酮、丙酮、乙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜中的一种或多种；

所述聚合物为PEO、PPC、PVDF或PVDF-HFP中的一种或多种；

所述锂盐为LiTFSI、LiClO₄、LiNO₃、LiCF₃SO₃、LiDFOB、LiBF₄、LiFSI或LiPO₂F₂中的一种或多种；