[发明专利]固态复合聚合物电解质及电解质膜制备方法与锂离子电池

说明书

本发明公开了固态复合聚合物电解质采用溶胶凝胶合成方法得到固态复合聚合物电解质纳米粉体。还公开了固态复合聚合物电解质膜制备方法，将固态复合聚合物电解质纳米粉体挤入有机溶剂、锂盐和高分子聚合物搅拌后得到浆料，在导入磨具或者使用刮刀涂布，干燥后得到固态复合聚合物电解质膜。还公开了锂离子电池，采用上述固态复合聚合物电解质膜。本发明的优点是：该方法获得LLZO纳米粉体能够有效降低烧结温度、材料性能高、投资小、生产周期极短、方法简单，可供商业化宏量生产。应用到固态复合聚合物电解质膜可以有效结合无机和聚合物电解质之间的优点，使固态电解质的离子电导率得到显著提高，能够满足固态锂离子电池用聚合物电解质的要求。

技术领域

本发明涉及固态电解质制备技术领域，具体涉及固态复合聚合物电解质及电解质膜制备方法与锂离子电池。

背景技术

随着移动电子设备、电动汽车和电网储能系统的快速发展，人们对锂离子电池的性能和管理系统的要求越来越高。电解质是锂离子电池不可缺少的组成部分，其在正负极起着运输离子的作用，同时也与锂离子电池的性能紧密相关。目前锂离子电池中的电解液一般为有机液体电解质，但由于锂离子电池电解液泄漏燃烧而引起的安全问题屡见不鲜，限制了其在化学储能领域的大规模应用。锂离子电池在容量、倍率性能以及循环稳定性不断提高的同时，其安全性能也不容忽视。因此，开发高安全性﹑高能量密度及宽温度使用范围的全固态锂离子电池具有十分重要的意义。

石榴石型固态电解质Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)是目前最具应用前景的固态电解质之一，与硫化物电解质相比，虽然LLZO离子电导率较低，但在空气条件下相对稳定，成本更低。与聚合物和其他氧化物电解质相比，一方面LLZO室温下电导率更高，约为10^-3～10^-4S cm^-1，另一方面，LLZO不与锂反应，与锂接触相对稳定，可以应用在未来的锂电池中。但LLZO质地硬，与电极材料接触不充分，界面电阻较大，使得总离子电导率较低，另外，LLZO柔韧性差，限制了其大规模应用。石榴石LLZO合成方法主要采用高温固相法，而高温固相法往往需要温度较高，消耗大量能耗。

发明内容

本发明的目的在于提供固态复合聚合物电解质及电解质膜制备方法与锂离子电池，能够有效解决现有制造固态复合聚合物电解质能量消耗大的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

固态复合聚合物电解质，依次包括以下步骤：

S11：按照金属离子摩尔比Li7La3Zr2O12分别称取锂源、镧源、锆源并完全溶于稀硝酸中，其中锂源过量5％～20％，补偿高温煅烧锂损失，得溶液Ⅰ；

S12：称取柠檬酸和乙二醇溶于去离子水中作为螯合剂，将溶液Ⅰ加入到螯合剂中，油浴或水浴磁力搅拌，得到溶液Ⅱ；将溶液Ⅱ恒温搅拌并蒸干溶剂至形成凝胶Ⅲ；

S13：将凝胶Ⅲ中的溶剂除去，得到疏松多孔的棕色溶胶，研磨成粉末Ⅳ；

S14：将粉末Ⅳ进行焙烧后，再球磨处理得到固态复合聚合物电解质纳米粉体。

优选的，所述步骤S11中，锂源为LiOH、LiNO₃或Li₂CO₃，镧源为La(NO₃)₃或La₂O₃，锆源为ZrO(NO₃)₂或Zr(C₄H₉O)₄。

优选的，所述步骤S12中，金属离子总数与柠檬酸加入量的摩尔比为1:2～1:4，乙二醇的摩尔量为柠檬酸的1/2；溶液Ⅱ恒温搅拌的条件为50～150℃搅拌8～24h。