[发明专利]一种有助于均匀锂沉积的复合聚合物电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种有助于均匀锂沉积的复合聚合物电解质及其制备方法和应用，属于复合固态电解质材料制备技术领域。本发明解决了现有固态电解质在室温环境下的离子电导率和离子迁移数较差的技术问题。本发明以含氟高分子聚合物为基材，有助于锂离子的嵌段运动，加入预处理的纤维状硅酸盐矿物质材料，形成复合固态聚合物电解质，该复合固态聚合物电解质中的纤维状硅酸盐矿物质对锂离子的吸附作用较大，提高了室温下锂离子电导率以及锂离子迁移数，使得锂离子均匀沉积并且改善了锂枝晶的生长问题，保证了锂金属电池的循环性能和倍率性能。

技术领域

本发明涉及一种有助于均匀锂沉积的复合聚合物电解质及其制备方法和应用，属于复合固态电解质材料制备技术领域。

背景技术

作为一种能量密度高的清洁能源，锂离子电池被广泛应用于各种储能装置中。由于锂金属拥有-3.04V的超低电位(与标准氢电极相比)、3860mAh g^-1的超高理论比容量以及0.534g cm^-3的有效质量密度，锂金属负极被认为是实现高能量密度锂离子电池的关键部件。然而，高活性的锂金属与液态有机电解质的强烈反应导致了电池循环寿命缩短和安全问题，这将阻碍锂金属电池的实际应用。因此，研究抑制锂枝晶生长对于开发高能量密度锂离子电池是迫在眉睫的，大量研究者在解决基于传统电解液的锂金属电池问题时，会选择调节液态电解液的有机结构以及构建负极-电解液的界面层等方法，但这些策略都是基于液态电解液，仍然存在燃烧、泄漏和爆炸等安全问题。

为了解决上述问题，采用固态电解质作为液态电解液的替代品，固态电解质的优势在于可以从根本上解决电解液的易燃、泄漏等问题，并且固态电解质由于其固有的物化性质，可以有效地解决锂枝晶的刺穿等危险。在所有固态电解质中，聚合物电解质尤其引人注目，因为其与电极之间具有良好的界面接触，制备工艺简单并且具有良好的柔韧性，但是其在室温环境下的离子电导率和离子迁移数较差，导致锂离子转移缓慢，限制了电池的容量，阻碍了锂离子的有效调节，导致抑制锂枝晶的能力受限。因此，提供一种使得锂离子均匀沉积并且改善了锂枝晶的生长问题的复合固态电解质材料是十分必要的。

发明内容

本发明为了解决现有固态电解质在室温环境下的离子电导率和离子迁移数较差的技术问题，提供一种有助于均匀锂沉积的复合聚合物电解质及其制备方法和应用

本发明的技术方案：

一种有助于均匀锂沉积的复合聚合物电解质及其制备方法，操作过程如下：

S1，制备短纤维硅酸盐矿物质，并将其分散在溶剂I中，得到短纤维硅酸盐矿物质分散液；

S2，将含氟高分子聚合物溶解在溶剂I中，得到高分子聚合物溶液；

S3，在保护气气氛下，将锂盐和短纤维硅酸盐矿物质分散液加入到高分子聚合物溶液中，磁力搅拌6-12h，得到复合溶液；

S4，将复合溶液刮涂制膜，在60-100℃下烘干12-36h，得到复合聚合物电解质。

进一步限定，复合溶液中含氟高分子聚合物、锂盐、短纤维硅酸盐矿物质和溶剂I的质量比为1：0.8：(0.15-0.25)：15。

进一步限定，S1中短纤维硅酸盐矿物质制备的操作过程为：将纤维状硅酸盐矿物质分散在乙醇中，球磨处理2-6h，直至纤维状硅酸盐矿物质的长度为1-20μm，然后在50-80℃下烘干处理12-36h，得到短纤维硅酸盐矿物质。

更进一步限定，球磨过程中球料比为(10-20)：1。

更进一步限定，球磨过程中转速为300-600r/min。

进一步限定，S1中短纤维硅酸盐矿物质分散在溶剂I中方式为超声搅拌处理6-12h，得到短纤维硅酸盐矿物质分散液。