[发明专利]一种铷掺杂高电导率固态电解质的制备方法

说明书

本发明公开了一种铷掺杂高电导率固态电解质的制备方法，包含以下步骤：S1）按照质量份将锂化合物60~80份、铷化合物1~5份、铯化合物1~2份、无机固态电解质填料100~150份混合均匀，并置于600~1000℃温度下煅烧5~10h，退火后置于球磨机中研磨0.5~2h；S2）将10~30份聚合物基体分散于质量份为80~100份离子液体中，加热至50~80℃共混0.1~0.5h；S3）将步骤S1）制备的混合粉末加入到步骤S2）制备的混合溶液中，加热至100~120℃共混1~5h，然后置于100~120℃真空环境下干燥10~20h，并热压成型陶瓷片，得到铷掺杂高电导率固态电解质。本发明在固态电解质制备过程在固态电解质LLZO陶瓷电解质的前提下继续添加铷化合物、铯化合物进行固相掺杂，通过铷/铯离子掺杂取代部分锂离子形成大孔径的离子通道，并同时结合将聚合物和离子液体的锂离子高传导的特点，促进锂离子的传导。

技术领域

本发明属于锂电池材料制备领域，尤其涉及一种铷掺杂高电导率固态电解质的制备方法。

背景技术

与传统锂电池相比，固态电解质电池最突出的优点是安全性。液态电解质易燃易爆，以及在充电过程中锂枝晶的生长容易刺破隔膜，引起电池短路，造成安全隐患。而固态电解质不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液问题，因而全固态电池具有极高安全性。聚合物固态电解质由于与电极具有较好的相容性，界面阻抗较低，因而相对于无机固态电解质更受欢迎。但是聚合物固态电解质由于自身电导率较低，这极大的限制了在锂电池中的使用。

发明内容

针对上述现有技术中的聚合物固态电解质电导率低的技术问题，本发明提出一种铷掺杂高电导率固态电解质的制备方法。本发明在固态电解质制备过程在固态电解质LLZO陶瓷电解质的前提下继续添加铷化合物、铯化合物进行固相掺杂，通过铷/铯离子掺杂取代部分锂离子形成大孔径的离子通道，并同时结合将聚合物和离子液体的锂离子高传导的特点，促进锂离子的传导，提升锂离子电池的性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种铷掺杂高电导率固态电解质的制备方法，包含以下步骤：

S1)按照质量份将锂化合物60～80份、铷化合物1～5份、铯化合物1～2份、无机固态电解质填料100～150份混合均匀，并置于600～1000℃温度下煅烧5～10h，退火后置于球磨机中研磨0.5～2h；

S2)按质量份数计，将10～30份聚合物基体分散于80～100份离子液体中，在50～80℃温度条件下共混0.1～0.5h；

S3)将步骤S1)制备的混合粉末加入到步骤S2)制备的混合溶液中，加热至100～120℃共混1～5h，然后置于100～120℃真空环境下干燥10～20h，得到铷掺杂高电导率固态电解质。

优选地，步骤S1)所述锂化合物为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂和磷酸铁锂等中的一种或多种的混合物；所述铷化合物选自氢氧化铷或碳酸铷等；所述铯化合物选自碳酸铯或碳酸氢铯等。

优选地，步骤S2)所述聚合物基体选自聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚氧化乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚环氧丙烷等。

优选地，步骤S2)所述无机固态电解质填料选自Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)或Li_0.5La_0.5TiO₃(LLTO)等。

优选地，步骤S2)所述离子液体选自N-甲基-N-丙基哌啶二(三氟甲基磺酰)亚胺、咪唑类离子液体等。

优选地，步骤S3)中，步骤S1)制备的混合粉末与步骤S2)制备的混合溶液之间的质量比范围为1：2～1：10。