[发明专利]一种双层石墨烯包覆固态电解质复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双层石墨烯包覆固态电解质复合材料，包括固态电解质内核、石墨烯纳米带包覆内层和自支撑石墨烯包覆外层，固态电解质材料、石墨烯纳米带材料和自支撑石墨烯材料分别占双层石墨烯包覆固态电解质复合材料的质量百分比为：70‑90％、5‑20％以及5‑10％，本发明将固态电解质材料经过静电吸附剂处理后，先后经石墨烯纳米带的静电包覆和自支撑石墨烯的化学气相原位生长，得到双层石墨烯包覆固态电解质复合材料。本发明具有工艺简单，操作方便的优点，并且制备得到的双层石墨烯包覆固态电解质复合材料具备高离子迁移速率，低界面接触电阻；同时该复合材料可直接免除锂枝晶的生长，提升循环性能与倍率性能，可应用于高安全性和高能量密度固态电池。

技术领域

本发明涉及全固态电池技术领域，尤其涉及一种双层石墨烯包覆固态电解质复合材料及其制备方法。

背景技术

高效、多用途的能量转换与存储成为近些年来科学技术的重要发展方向。全球范围内掀起的新能源汽车热潮标志着交通能源的全面转型，同时也体现出现代社会对于从小型便携式储能设备到大型动力储能设备不同层次的需求。因此，当下迫切需要开发的核心技术就是研发具有高性能的新型移动电源装置，而锂离子电池由于自身具备的无污染、能量高、寿命长等诸多优势成为移动电源装置的最佳选择。

对比传统液态锂离子电池，全固态锂电池在安全性、能量密度等诸多方面具备很大优势，而全固态锂电池还存在许多亟待解决的关键问题。如库仑效率低、倍率性能差、界面电阻高和循环寿命短等问题，这些问题的原因主要是由固体-固体界面的不稳定性引起的，其中包括锂枝晶在固态电解质中的形成、界面接触电阻大、锂润湿性差等。

目前现有的包覆固态电解质的复合材料及其制备方法，如申请号为201910477174.X的“一种碳纤维包覆固体电解质材料的制备方法及其应用”，公开的制备方法是：将有机碳源溶解于溶剂中，磁力搅拌后，将溶液转入静电纺丝注射器内进行静电纺丝，将静电纺丝后的固体电解质片取下，烘干后在管式炉煅烧，进行预氧化，将预氧化的材料在氩气气氛下进行碳化，得到碳纤维包覆固体电解质材料。但是此技术路线存在的主要缺点是：①工艺复杂，设备繁多，实际操作困难，不利于规模化生产；②包覆后的固体-固体界面，依旧稳定性不高；③采用极片包覆固态电解质包覆程度不均匀；④碳纤维材料和固态电解质材料的结合力较差，在固态电池实际工作中可能形成粉化，加速电池容量衰减和界面阻抗增大。

因此，急需提出一种具有工艺简单、操作方便、生产成本低、生产安全性强的新型固态电解质复合材料，以解决当前存在于固态电池中棘手的界面问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对固态电解质与金属锂负极材料之间界面不稳定的问题，提出了一种双层石墨烯包覆固态电解质复合材料及其制备方法。

双层石墨烯包覆固态电解质复合材料从内到外依次包括：固态电解质内核、石墨烯纳米带包覆内层和自支撑石墨烯包覆外层，固态电解质材料、石墨烯纳米带材料和自支撑石墨烯材料分别占双层石墨烯包覆固态电解质复合材料的质量百分比为：70-90％、5-20％以及5-10％。

其中，固态电解质材料的平均粒径为0.05-1um，比表面积为1-15m²·g^-1；石墨烯纳米带材料的直径为5-50nm，长度为1-100um，含碳量≥95％；自支撑石墨烯材料的形貌为尖片状，自支撑石墨烯的包覆厚度为50-100nm。