[发明专利]一种复合固态电解质材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合固态电解质材料及其制备方法，包括非含氧类聚合物基质、氧化物电解质、含氟类有机锂盐和腈类化合物，非含氧类聚合物基质的含量为50～60%，氧化物电解质的含量为5～30%，含氟类有机锂盐的含量为10～30%，腈类化合物的含量为10～25%。依次将原料加入到含氮类有机溶剂中，混合搅拌得到均匀的悬浮胶液,用流延法浇铸到聚四氟乙烯模具中成型，进行真空干燥，得到复合固态电解质材料。本发明提高了固态电解质的室温电导率和电化学窗口，同时提高复合固态电解质膜的力学性能。

技术领域

本发明涉及一种固态电解质材料，具体涉及一种室温离子导电率高、电化学窗口宽的复合固态电解质材料及其制备方法。

背景技术

固态电池是一种使用固体正负极和固体电解质，不含任何液体，所有材料都是由固态材料组成的储能器件。相对于液态锂电池而言，固态电池具有安全性好、能量密度高、环境友好等优点，是一种新型、高效、实用的储能装置，符合数码、动力和储能领域对电池发展的要求，是未来锂电池技术发展的一个方向。

固态电池的核心部件之一是固态电解质，固态电解质从成分上主要可以分为聚合物类、氧化物类和硫化物类。硫化物电解质电导率优异，加工性能较好，但是在大气环境中会与空气中的水分发生反应，生成剧毒气体，因此生产过程需要在保护气氛中进行，增加了生产成本；氧化物固态电解质虽然离子导电能力高、电压窗口宽，但是其存在脆性大、可加工性不足；聚合物类电解质加工性能好，界面阻抗相对较低，但是聚合物电解质离子导电能力差、电压窗口窄、力学性能低以及难以抑制锂枝晶生长。最重要的一点是，常见的聚合物电解质是以链段运动来进行导锂的，这就导致离子电导率很低。例如以聚氧化乙烯（PEO）为固态电解质在室温下离子电导率仅有10^-6S/cm，由于在较低温度下，PEO结晶度相比较高，锂盐的解离能力和链段运动较差，且电压超过4V会造成PEO的分解，不能与钴酸锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂、富锂锰基等高电压正极材料匹配使用。

在聚合物中引入添加物，可以提高聚合物基质的离子电导率。例如，中国发明申请CN108598564A公开了一种固态聚合物电解质，由聚合物基质、聚合物纳米粒子、无机氧化物添加剂与锂盐组成；其制备方法是在溶有锂盐、无机氧化物添加剂、苯乙烯单体、链转移剂和引发剂的聚合物基质中，使用聚合诱导自组装法，在聚合物基质中原位合成聚合物纳米粒子，从而得到聚合物电解质。该方法获得的固态电解质，室温离子电导率最高可达1.92×10^-4S/cm。但为了满足应用需要，要求进一步提高固态电解质的室温离子电导率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电化学性能稳定、室温离子电导率高的复合固态电解质材料，同时提供这种材料的制备方法。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种复合固态电解质材料，包括非含氧类聚合物基质、氧化物电解质、含氟类有机锂盐和腈类化合物，以上述物质的总质量为100%计，非含氧类聚合物基质的含量为50～60%，氧化物电解质的含量为5～30%，含氟类有机锂盐的含量为10～30%，腈类化合物的含量为10～25%。

上述技术方案中，所述非含氧类聚合物基质选自聚偏氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚丙烯腈（PAN）、聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）中的至少一种。

所述氧化物电解质的化学通式为Li_7-3x+y-zA_xLa_3-yB_yZr_2-zC_zO₁₂，其中A为Ga或Al中的一种或两种；B为Ca、Ba或Ce中的一种或几种；C为Ta、Nb、Ge、W、Zr、Sn、Sb中的一种或几种；0≤x≤0.3，0≤y≤2，0≤z≤0.6。

优选的技术方案，所述氧化物电解质的粒径D90为40～200nm。