[发明专利]一种定向有序结构LLTO基体的复合固态电解质材料及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种定向有序结构LLTO基体的复合固态电解质材料，以定向有序线状结构LLTO为基体，有机固态电解质作为增强相均匀分布并注入基体中，使整个复合电解质材料具有方向性的线状结构。并提供定向有序结构LLTO为基体的复合固态电解质材料的制备方法。本发明方法操作简单、成本低廉，制备的锂离子电池用复合固态电解质材料，电化学性能优异；有机固态电解质提供韧性和强度，结构稳定性好。制备的复合电解质室温下具有较高的锂离子电导率和较宽的电化学窗口，且实现了固态电解质在正负极之间的定向有序性，本发明在定向有序线状LLTO材料中填充有机固态电解质，改善线状LLTO之间的连接，提高Li+的电导率传输速度。

技术领域

本发明涉及锂离子电池用固态电解质材料的技术领域，具体地涉及一种定向有序线状结构LLTO为基体的复合固态电解质材料及其制备方法和应用。

背景技术

目前，锂电池作为新能源汽车的核心零部件，已经得到越来越多的重视。传统锂电池中的电解质为有机液态电解质，由于其易燃性、泄漏性、挥发性和热稳定性差使得锂电池具有巨大的安全隐患。因此，用固态电解质代替有机液体电解质可以大大减轻传统锂电池的安全性问题。现阶段的固体电解质的研究重点在于构建具有高效的Li⁺传输通道，以此提高固态电解质的电导率。Liu等人用静电纺丝法制备了与电极成不同角度的LLTO无机纳米线电解质材料，发现垂直于两电极的纳米线的离子电导率最高，但该研究只制备出了极少根离子电导率高的纳米线；Zhai等人利用了冰模法制备出具有有序结构的Li_1+xAl_xTi_2−x(PO₄)₃纳米线的复合固态电解质，室温下离子电导率为0.52×10⁻⁴ S/cm；Wang等人也利用冰模法制备了垂直结构的Li_1+xAl_xGe_2-x(PO₄)₃复合电解质材料，室温下离子电导率达到了1.22×10^-4 S/cm，由于冰模法的纳米线出现许多断裂和空洞结构，导致其离子电导率还是很低；Dai等人利用多孔的天然树干材料制备出有序Li₇La₃Zr₂O₁₂纳米纤维膜材料，其离子电导率为1.8×10⁻⁴ S/cm (25°C)，但由于模板制备复杂，且会有导电材料残留，难以实际应用；马等人研究了LLTO纳米线的阵列电性能，测试了单根丝的电导率，进而计算出理想条件下的离子电导率，其达到了0.87 mS/cm (25°C)，但该结果仅为计算所得，并未真正制备出如此高电导率的有序性固态电解质材料。因此多项研究并未制备出可实际生产的含有有序性无机电解质纳米线的复合电解质材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种离子电导率高、结构稳定、环境友好的定向有序结构LLTO为基体的复合固态电解质材料。

本发明的另一目的在于提供一种定向有序结构LLTO为基体的复合固态电解质材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种定向有序线状结构LLTO无机固态电解质材料在锂离子电池中的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

公开一种定向有序线状结构LLTO无机固态电解质材料，以定向有序线状结构LLTO为基体，有机固态电解质均匀分布并注入基体中，使整个无机固态电解质材料是具有方向性的线状结构。

进一步地，所述有机固态电解质为PEO/LiClO₄有机固态电解质。

提供一种上述定向有序线状结构LLTO无机固态电解质材料的制备方法，包括以下步骤：

S1. 定距磁条接收板的构建,选用贴有定距绝缘磁条的金属平板接收器作为负极接收器，利用静电纺丝法和烧结工艺获得定向有序线状结构LLTO基体；