[发明专利]一种用于锂电池的氧化物固态电解质及其制备方法

说明书

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种用于锂电池的氧化物固态电解质及其制备方法，所述的一种用于锂电池的氧化物固态电解质，是将三氟甲基磺酰基接枝到氨基化的固态电解质上，锂化后，再与双三氟甲烷磺酰亚胺锂混合压制得到的，氨基化固态电解质上的氨基和三氟甲磺酸酐上的三氟甲基磺酰基共价配位，有效地限制了阴离子基团的运动；本发明三氟甲磺酸酐中O=S=O基团的强吸电子作用，为Li的快速有效传输提供了通道，提高了电解质的导电率，以电解质组装的电池表现出优异的离子导电性和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种用于锂电池的氧化物固态电解质及其制备方法。

背景技术

可穿戴电子产品，电动汽车和智能电网的快速发展，需要有高能量密度、高安全性、良好机械柔性的储能器件与之匹配，锂离子电池经过几十年的发展，已经成为当今电子产品的主流储能器件。然而，锂离子电池大多采用有机碳酸酯类作为电解液，电解液是提供锂离子电池正常工作所需离子的介质，并保证锂离子电池工作中发生的化学反应是可逆的。但由于电解液在循环过程中的不稳定性，容易生分解反应，从而造成电池过充、内部短路和产气等异常情况的发生，可能导致自燃或爆炸的危险。

针对传统锂离子电池存在的诸多问题，有效的解决方案是用氧化物固态电解质来取代有机液态电解质，固态电解质不易燃，空气下稳定，在安全性方面有了大幅度提高。但由于氧化物固态电解质无法像液体电解质一样浸润于正极材料颗粒之间，导致正极材料二次颗粒之间的离子电导率较低，无法应用于对倍率性能有严格要求的场景如动力电池领域，严重地制约全固态电池的工业化应用。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于锂电池的氧化物固态电解质，解决氧化物固态电解质导电率差的问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：一种用于锂电池的氧化物固态电解质，所述氧化物固态电解质是将三氟甲基磺酰基接枝到氨基化的固态电解质上，锂化后，再与双三氟甲烷磺酰亚胺锂混合压制得到的。

一种用于锂电池的氧化物固态电解质的制备方法，制备步骤如下：

(1)选择锆酸镧锂固态电解质为前驱体材料，进行热处理，高能球磨，400-500目筛子筛分，获得锆酸镧锂氧化物固态电解质粉末，置于氮气氛围中保存备用；

(2)在无水氯仿中，加入锆酸镧锂氧化物固态电解质粉末和γ-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌反应后，过滤，洗涤，干燥，得到氨基化固态电解质粉末；

(3)在0℃下，向无水二氯甲烷中缓慢加入氨基化固态电解质粉末、三乙胺和三氟甲磺酸酐，然后在搅拌条件下滴加吡啶，将混合物反应，反应结束后离心，得到三氟甲基磺酰基接枝的固态电解质；

(4)向去离子水中加入三氟甲基磺酰基接枝的固态电解质，搅拌成悬浮溶液，加入过量的K₂CO₃粉末，室温下搅拌12-24小时，过滤，用去离子水洗涤2-4次，干燥，得到钾盐化固态电解质；

(5)向无水乙腈中加入钾盐化固态电解质和LiClO₄，室温下搅拌12-24小时，过滤，并用无水乙腈洗涤2-4次，然后将产物用同样的步骤重复3-5次，再真空干燥，得到锂化的固态电解质；

(6)将锂化固态电解质粉末和双三氟甲烷磺酰亚胺锂混合，并在300-500MPa下压制，得到一种用于锂电池的氧化物固态电解质。

优选的，所述步骤(1)中的热处理条件为400-900℃下热处理1-4h，所述高能球磨条件为150-300r/min高能球磨1-3h。

优选的，所述步骤(2)中氨基化的锆酸镧锂氧化物固态电解质粉末和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为1∶5-10。