CN108232293B - 一种有机-无机复合固态电解质的制备方法 - Google Patents

一种有机-无机复合固态电解质的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108232293B
CN108232293B CN201810005878.2A CN201810005878A CN108232293B CN 108232293 B CN108232293 B CN 108232293B CN 201810005878 A CN201810005878 A CN 201810005878A CN 108232293 B CN108232293 B CN 108232293B
Authority
CN
China
Prior art keywords
solid electrolyte
organic
composite solid
inorganic composite
lithium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810005878.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108232293A (zh
Inventor
冯玉川
李峥
何泓材
李帅鹏
杨帆
南策文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qingtao Kunshan Energy Development Co ltd
Original Assignee
Qingtao Kunshan Energy Development Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qingtao Kunshan Energy Development Co ltd filed Critical Qingtao Kunshan Energy Development Co ltd
Priority to CN201810005878.2A priority Critical patent/CN108232293B/zh
Publication of CN108232293A publication Critical patent/CN108232293A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108232293B publication Critical patent/CN108232293B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065Solid electrolytes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明公开了一种有机‑无机复合固态电解质,其特征在于:此复合固态电解质包括丙烯酸酯材料、锂盐、交联剂、引发剂、增塑剂、快离子导体以及多孔刚性支撑材料;一种有机‑无机复合固态电解质的制备方法,其特征在于:将丙烯酸酯材料和锂盐混和在一起,使锂盐完全溶解于丙烯酸酯中;向上述混合液中加入交联剂和增塑剂,加入后搅拌均匀;向上述混合液中加入快离子导体,超声或搅拌使之分散均匀;向上述混合液中加入引发剂,搅拌均匀;将上述混合液均匀浇筑在多孔刚性支撑材料上;在60℃‑100℃加热引发,使得丙烯酸酯材料与交联剂共聚,即可得到有机‑无机复合固态电解质。优点是:制备方法简单,生产效率高,且组装的固态锂电池具有较低的阻抗和较高的容量发挥。

Description

一种有机-无机复合固态电解质的制备方法
技术领域
本发明涉及复合固态电解质,尤其涉及了一种有机-无机复合固态电解质,还涉及了一种有机-无机复合固态电解质的制备方法,尤其涉及一种有机-无机复合固态电解质在固态锂电池中的应用。
背景技术
由于固态电解质可以从根本上解决目前商业锂电池的安全问题,因此固态锂电池成为近年来的研究热点。常见的固态电解质分为聚合物固态电解质和无机固态电解质。聚合物固态电解质具有热稳定性好,对锂稳定性较高,循环性能较好,可制柔性薄膜电池等优点;但是低的离子导电率,差的电极浸润性,受限的工作功率,使得聚合物固态锂电池的发展与应用受到。而无机固态电解质具有高离子电导率、宽电化学窗口、稳定的界面的优势,但是固态电解质不易制备,界面接触性差,机械性能差,对水和氧敏感等制约无机固态电解质的应用。有机-无机复合固态电解质,是把有机聚合物固态电解质和无机固态电解质结合起来,兼顾了聚合物电解质和无机电解质的优点,具有机械性能高,易成型,离子电导率高,电化学稳定性高等优势,同时组装成的固态锂电池具有循环性能好,容量保持率高的优势,使得了固态电解质及固态电池的综合性能得到最大提升。
因此,需要寻求一种新的技术来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是:针对上述不足,提供一种有机-无机复合固态电解质,以及一种简易,高效制备聚丙烯酸酯类固态聚合物电解质薄膜的制备方法,以及聚丙烯酸酯类固态聚合物电解质在固态锂电池中的应用。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种有机-无机复合固态电解质,此复合固态电解质包括丙烯酸酯材料、锂盐、交联剂、引发剂、增塑剂、快离子导体以及多孔刚性支撑材料。
丙烯酸酯材料为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯或甲基丙烯酸丁酯,丙烯酸酯材料在电解质中所占比例为10-50%。
进一步的,丙烯酸酯的通用结构式为:
Figure GDA0002482273810000021
其中,R1为:
Figure GDA0002482273810000022
R2为
Figure GDA0002482273810000023
上述取代基中,X、Y为氢,氟,氯,苯基,腈基,或磺酸锂,其中m、n的取值是0-3,且m、n不同时为0。
锂盐包含高氯酸锂,三氟甲基磺酸锂,双(三氟甲基磺酸)亚胺锂,三(三氟甲基磺酸)甲基锂中的一种或者几种,锂盐在电解质中占的质量比例为10-50%。
交联剂包含聚乙二醇二丙烯酸酯,甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷,苯乙烯,三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯,甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或者几种,交联剂在有机-无机复合固态电解质中占的质量比例为0-20%。
所述引发剂为偶氮类引发剂、过氧化物类引发剂中的一种,其中偶氮类引发剂为偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈,其中过氧化物类引发剂为过氧化二苯甲酰或过氧化十二酰,引发剂占的丙烯酸酯和交联剂总质量的0.3-3%。
增塑剂包括碳酸酯类有机溶剂、醚类有机溶剂、砜类中的一种或者几种,其中碳酸酯类有机溶剂为碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯,其中醚类有机溶剂为四乙二醇二甲醚,其中砜类为环丁砜,增塑剂在聚合物固态电解质中占比为0-40%。
快离子导体包括Li7La3Zr2O12(LLZO),LixLa2/3-xTiO3(LLTO),Li1+xAlxTi2-x(PO4)3(LATP),LiAlO2(LAO),Li7-xLa3Zr2-xMxO12(M=Ta,Nb)(0.25﹤x﹤2)(LLZMO),Li7+xGexP3-xS11(LGPS),xLi2S·(100-x)P2S5(LPS)其中的一种或几种,颗粒尺寸在50nm-3μm,活性快离子导体在电解质中可以选择的质量比例为1-60%。
多孔刚性支撑材料包括无纺布、陶瓷多孔隔膜、玻璃纤维隔膜、PP、PE以及PP/PE复合隔膜中的一种。
一种有机-无机复合固态电解质的制备方法,步骤一:将丙烯酸酯材料和锂盐混和在一起,使锂盐完全溶解于丙烯酸酯中;
步骤二:向上述混合液中加入交联剂和增塑剂,加入后搅拌均匀;
步骤三:向上述混合液中加入快离子导体,超声或搅拌使之分散均匀;
步骤四:向上述混合液中加入引发剂,搅拌均匀;
步骤五:将上述混合液均匀浇筑在多孔刚性支撑材料上;
步骤六:在60℃-100℃加热引发,使得丙烯酸酯材料与交联剂共聚,即可得到有机-无机复合固态电解质。
一种有机-无机复合固态电解质在固态锂电池中的应用,所述固态锂电池由负极、有机-无机复合固态电解质以及正极依次堆叠而成。
在上述技术方案中,进一步的,正极包括正极集流体,正极活性材料,导电剂,粘结剂。
所述正极活性材料包括三元材料,钴酸锂,锰酸锂,磷酸铁锂,磷酸钴锂,硅酸铁锂以及富锂锰基固溶体材料。
负极包括负极集流体,负极活性材料,导电剂,粘结剂。
负极活性材料包括石墨,硅,氧化亚硅,锡,氧化锡,硅-炭复合材料,锡镍合金,四氧化三钴,三氧化二铁,钛酸锂或者金属锂箔,锂金属合金,其中的一种或几种。
与现有技术相比,本发明所达到的技术效果是:有机-无机复合固态电解质由聚丙烯酸酯材料与快离子导体复合而成,其厚度10μm-200μm,30℃离子电导率在5*10-5S/cm~1*10-3S/cm,电化学窗口大于4.8V,机械强度在50MPa-150MPa之间,它不仅具有聚合物电解质的柔韧性、拉伸性以及易加工性,而且具有无机电解质优良的化学稳定性,宽的电化学窗口,高的刚性强度以及优良的综合性能,同时制备过程中省去了有毒溶剂(如NMP,DMF)的使用,制备方法简单,生产效率高,且组装的固态锂电池具有较低的阻抗和较高的容量发挥,同时,用该有机-无机复合固态电解质组装的锂金属具电池不仅具有良好的界面稳定性和长循环性能,而且锂枝晶的生长得到有效的抑制。
附图说明
图1为复合固态电解质组装的三元材料/锂金属电池的充放电曲线;
图2为复合固态电解质组装的硫/锂金属电池的充放电曲线;
图3为复合固态电解质组装的三元材料/锂金属电池具有稳定的长循环性能充放电曲线。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
实施例一:
本发明一种有机-无机复合固态电解质,此复合固态电解质包括丙烯酸酯材料、锂盐、交联剂、引发剂、增塑剂、快离子导体以及多孔刚性支撑材料。
丙烯酸酯材料为甲基丙烯酸乙酯,丙烯酸酯材料在电解质中所占比例为20%。
进一步的,丙烯酸酯的通用结构式为:
Figure GDA0002482273810000051
其中,R1为:
Figure GDA0002482273810000052
R2为
Figure GDA0002482273810000053
上述取代基中,X、Y为氢,氟,氯,苯基,腈基,或磺酸锂,其中m、n的取值是0-3,且m、n不同时为0。
锂盐包含高氯酸锂,锂盐在电解质中占的质量比例为40%。
交联剂包含苯乙烯,交联剂在有机-无机复合固态电解质中占的质量比例为20%。
所述引发剂为偶氮二异丁腈,引发剂占的丙烯酸酯和交联剂总质量的0.05%。
增塑剂包括碳酸丙烯酯,增塑剂在聚合物固态电解质中占比为20%。
快离子导体包括Li7La3Zr2O12(LLZO),颗粒尺寸在50nm-3μm,活性快离子导体在电解质中可以选择的质量比例为10%。
多孔刚性支撑材料包括无纺布。
一种有机-无机复合固态电解质的制备方法,步骤一:将甲基丙烯酸乙酯和高氯酸锂混和在一起,使高氯酸锂完全溶解于甲基丙烯酸乙酯中;
步骤二:向上述混合液中加入苯乙烯和碳酸丙烯酯,加入后搅拌均匀;
步骤三:向上述混合液中加入Li7La3Zr2O12,超声或搅拌使之分散均匀;
步骤四:向上述混合液中加入偶氮二异丁腈,搅拌均匀;
步骤五:将上述混合液均匀浇筑在多孔刚性支撑材料上;
步骤六:在80℃加热引发,使得甲基丙烯酸乙酯与苯乙烯共聚,即可得到有机-无机复合固态电解质。
一种有机-无机复合固态电解质在固态锂电池中的应用,所述固态锂电池由负极、有机-无机复合固态电解质以及正极依次堆叠而成。
在上述技术方案中,进一步的,正极包括正极集流体,正极活性材料,导电剂,粘结剂。
所述正极活性材料包括三元材料,钴酸锂,锰酸锂,磷酸铁锂,磷酸钴锂,硅酸铁锂以及富锂锰基固溶体材料。
负极包括负极集流体,负极活性材料,导电剂,粘结剂。
负极活性材料包括石墨,硅,氧化亚硅,锡,氧化锡,硅-炭复合材料,锡镍合金,四氧化三钴,三氧化二铁,钛酸锂或者金属锂箔,锂金属合金,其中的一种或几种。
与现有技术相比,本发明所达到的技术效果是:有机-无机复合固态电解质由聚丙烯酸酯材料与快离子导体复合而成,其厚度10μm-200μm,30℃离子电导率在5*10-5S/cm~1*10-3S/cm,电化学窗口大于4.8V,机械强度在50MPa-150MPa之间,它不仅具有聚合物电解质的柔韧性、拉伸性以及易加工性,而且具有无机电解质优良的化学稳定性,宽的电化学窗口,高的刚性强度以及优良的综合性能,同时制备过程中省去了有毒溶剂(如NMP,DMF)的使用,制备方法简单,生产效率高,且组装的固态锂电池具有较低的阻抗和较高的容量发挥,同时,用该有机-无机复合固态电解质组装的锂金属具电池不仅具有良好的界面稳定性和长循环性能,而且锂枝晶的生长得到有效的抑制。
实施例二:
本发明一种有机-无机复合固态电解质,此复合固态电解质包括丙烯酸酯材料、锂盐、交联剂、引发剂、增塑剂、快离子导体以及多孔刚性支撑材料。
丙烯酸酯材料为甲基丙烯酸丁酯,丙烯酸酯材料在电解质中所占比例为15%。
进一步的,丙烯酸酯的通用结构式为:
Figure GDA0002482273810000071
其中,R1为:
Figure GDA0002482273810000072
R2为
Figure GDA0002482273810000073
上述取代基中,X、Y为氢,氟,氯,苯基,腈基,或磺酸锂,其中m、n的取值是0-3,且m、n不同时为0。
锂盐包含三氟甲基磺酸锂,锂盐在电解质中占的质量比例为30%。
交联剂包含甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷,交联剂在有机-无机复合固态电解质中占的质量比例为5%。
所述引发剂为偶氮二异庚腈,引发剂占的丙烯酸酯和交联剂总质量的0.03%。
增塑剂包括碳四乙二醇二甲醚,增塑剂在聚合物固态电解质中占比为20%。
快离子导体包括Li1+xAlxTi2-x(PO4)3(LATP),颗粒尺寸在50nm-3μm,活性快离子导体在电解质中可以选择的质量比例为20%。
多孔刚性支撑材料包括陶瓷多孔隔膜。
一种有机-无机复合固态电解质的制备方法,步骤一:将甲基丙烯酸丁酯和三氟甲基磺酸锂混和在一起,使三氟甲基磺酸锂完全溶解于甲基丙烯酸丁酯中;
步骤二:向上述混合液中加入甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和四乙二醇二甲醚,加入后搅拌均匀;
步骤三:向上述混合液中加入Li1+xAlxTi2-x(PO4)3,超声或搅拌使之分散均匀;
步骤四:向上述混合液中加入偶氮二异庚腈,搅拌均匀;
步骤五:将上述混合液均匀浇筑在陶瓷多孔隔膜上;
步骤六:在80℃加热引发,使得甲基丙烯酸丁酯与甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷共聚,即可得到有机-无机复合固态电解质。
一种有机-无机复合固态电解质在固态锂电池中的应用,所述固态锂电池由负极、有机-无机复合固态电解质以及正极依次堆叠而成。
在上述技术方案中,进一步的,正极包括正极集流体,正极活性材料,导电剂,粘结剂。
所述正极活性材料包括三元材料,钴酸锂,锰酸锂,磷酸铁锂,磷酸钴锂,硅酸铁锂以及富锂锰基固溶体材料。
负极包括负极集流体,负极活性材料,导电剂,粘结剂。
负极活性材料包括石墨,硅,氧化亚硅,锡,氧化锡,硅-炭复合材料,锡镍合金,四氧化三钴,三氧化二铁,钛酸锂或者金属锂箔,锂金属合金,其中的一种或几种。
与现有技术相比,本发明所达到的技术效果是:有机-无机复合固态电解质由聚丙烯酸酯材料与快离子导体复合而成,其厚度10μm-200μm,30℃离子电导率在5*10-5S/cm~1*10-3S/cm,电化学窗口大于4.8V,机械强度在50MPa-150MPa之间,它不仅具有聚合物电解质的柔韧性、拉伸性以及易加工性,而且具有无机电解质优良的化学稳定性,宽的电化学窗口,高的刚性强度以及优良的综合性能,同时制备过程中省去了有毒溶剂(如NMP,DMF)的使用,制备方法简单,生产效率高,且组装的固态锂电池具有较低的阻抗和较高的容量发挥,同时,用该有机-无机复合固态电解质组装的锂金属具电池不仅具有良好的界面稳定性和长循环性能,而且锂枝晶的生长得到有效的抑制。
实施例三:
本发明一种有机-无机复合固态电解质,此复合固态电解质包括丙烯酸酯材料、锂盐、交联剂、引发剂、增塑剂、快离子导体以及多孔刚性支撑材料。
丙烯酸酯材料为甲基丙烯酸甲酯,丙烯酸酯材料在电解质中所占比例为20%。
进一步的,丙烯酸酯的通用结构式为:
Figure GDA0002482273810000101
其中,R1为:
Figure GDA0002482273810000102
R2为
Figure GDA0002482273810000103
上述取代基中,X、Y为氢,氟,氯,苯基,腈基,或磺酸锂,其中m、n的取值是0-3,且m、n不同时为0。
锂盐包含双(三氟甲基磺酸)亚胺锂,锂盐在电解质中占的质量比例为20%。
交联剂包含甲基丙烯酸缩水甘油酯,交联剂在有机-无机复合固态电解质中占的质量比例为10%。
所述引发剂为过氧化二苯甲酰,引发剂占的丙烯酸酯和交联剂总质量的0.03%。
增塑剂包括碳碳酸乙烯酯,增塑剂在聚合物固态电解质中占比为20%。
快离子导体包括Li7-xLa3Zr2-xMxO12(M=Ta,Nb)(0.25﹤x﹤2)(LLZMO),颗粒尺寸在50nm-3μm,活性快离子导体在电解质中可以选择的质量比例为50%。
多孔刚性支撑材料包括玻璃纤维隔膜。
一种有机-无机复合固态电解质的制备方法,步骤一:将甲基丙烯酸甲酯和双(三氟甲基磺酸)亚胺锂混和在一起,使双(三氟甲基磺酸)亚胺锂完全溶解于甲基丙烯酸甲酯中;
步骤二:向上述混合液中加入甲基丙烯酸缩水甘油酯和碳酸乙烯酯,加入后搅拌均匀;
步骤三:向上述混合液中加入Li7-xLa3Zr2-xMxO12(M=Ta,Nb),超声或搅拌使之分散均匀;
步骤四:向上述混合液中加入过氧化二苯甲酰,搅拌均匀;
步骤五:将上述混合液均匀浇筑在玻璃纤维隔膜上;
步骤六:在80℃加热引发,使得甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚,即可得到有机-无机复合固态电解质。
一种有机-无机复合固态电解质在固态锂电池中的应用,所述固态锂电池由负极、有机-无机复合固态电解质以及正极依次堆叠而成。
在上述技术方案中,进一步的,正极包括正极集流体,正极活性材料,导电剂,粘结剂。
所述正极活性材料包括三元材料,钴酸锂,锰酸锂,磷酸铁锂,磷酸钴锂,硅酸铁锂以及富锂锰基固溶体材料。
负极包括负极集流体,负极活性材料,导电剂,粘结剂。
负极活性材料包括石墨,硅,氧化亚硅,锡,氧化锡,硅-炭复合材料,锡镍合金,四氧化三钴,三氧化二铁,钛酸锂或者金属锂箔,锂金属合金,其中的一种或几种。
与现有技术相比,本发明所达到的技术效果是:有机-无机复合固态电解质由聚丙烯酸酯材料与快离子导体复合而成,其厚度10μm-200μm,30℃离子电导率在5*10-5S/cm~1*10-3S/cm,电化学窗口大于4.8V,机械强度在50MPa-150MPa之间,它不仅具有聚合物电解质的柔韧性、拉伸性以及易加工性,而且具有无机电解质优良的化学稳定性,宽的电化学窗口,高的刚性强度以及优良的综合性能,同时制备过程中省去了有毒溶剂(如NMP,DMF)的使用,制备方法简单,生产效率高,且组装的固态锂电池具有较低的阻抗和较高的容量发挥,同时,用该有机-无机复合固态电解质组装的锂金属具电池不仅具有良好的界面稳定性和长循环性能,而且锂枝晶的生长得到有效的抑制。
实施例四:
本发明一种有机-无机复合固态电解质,此复合固态电解质包括丙烯酸酯材料、锂盐、交联剂、引发剂、增塑剂、快离子导体以及多孔刚性支撑材料。
丙烯酸酯材料为甲基丙烯酸甲酯,丙烯酸酯材料在电解质中所占比例为16%。
进一步的,丙烯酸酯的通用结构式为:
Figure GDA0002482273810000121
其中,R1为:
Figure GDA0002482273810000122
R2为
Figure GDA0002482273810000123
上述取代基中,X、Y为氢,氟,氯,苯基,腈基,或磺酸锂,其中m、n的取值是0-3,且m、n不同时为0。
锂盐包含三(三氟甲基磺酸)甲基锂,锂盐在电解质中占的质量比例为8%。
交联剂包含三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯,交联剂在有机-无机复合固态电解质中占的质量比例为8%。
所述引发剂为过氧化十二酰,引发剂占的丙烯酸酯和交联剂总质量的0.03%。
增塑剂包括环丁砜,增塑剂在聚合物固态电解质中占比为20%。
快离子导体包括,xLi2S·(100-x)P2S5,颗粒尺寸在50nm-3μm,活性快离子导体在电解质中可以选择的质量比例为50%。
多孔刚性支撑材料包括PP/PE复合隔膜。
一种有机-无机复合固态电解质的制备方法,步骤一:将甲基丙烯酸甲酯和三(三氟甲基磺酸)甲基锂混和在一起,使三(三氟甲基磺酸)甲基锂完全溶解于甲基丙烯酸甲酯中;
步骤二:向上述混合液中加入三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯和环丁砜,加入后搅拌均匀;
步骤三:向上述混合液中加入xLi2S·(100-x)P2S5,超声或搅拌使之分散均匀;
步骤四:向上述混合液中加入过氧化十二酰,搅拌均匀;
步骤五:将上述混合液均匀浇筑在PP/PE复合隔膜上;
步骤六:在80℃加热引发,使得甲基丙烯酸甲酯与三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯共聚,即可得到有机-无机复合固态电解质。
一种有机-无机复合固态电解质在固态锂电池中的应用,所述固态锂电池由负极、有机-无机复合固态电解质以及正极依次堆叠而成。
在上述技术方案中,进一步的,正极包括正极集流体,正极活性材料,导电剂,粘结剂。
所述正极活性材料包括三元材料,钴酸锂,锰酸锂,磷酸铁锂,磷酸钴锂,硅酸铁锂以及富锂锰基固溶体材料。
负极包括负极集流体,负极活性材料,导电剂,粘结剂。
负极活性材料包括石墨,硅,氧化亚硅,锡,氧化锡,硅-炭复合材料,锡镍合金,四氧化三钴,三氧化二铁,钛酸锂或者金属锂箔,锂金属合金,其中的一种或几种。
与现有技术相比,本发明所达到的技术效果是:有机-无机复合固态电解质由聚丙烯酸酯材料与快离子导体复合而成,其厚度10μm-200μm,30℃离子电导率在5*10-5S/cm~1*10-3S/cm,电化学窗口大于4.8V,机械强度在50MPa-150MPa之间,它不仅具有聚合物电解质的柔韧性、拉伸性以及易加工性,而且具有无机电解质优良的化学稳定性,宽的电化学窗口,高的刚性强度以及优良的综合性能,同时制备过程中省去了有毒溶剂(如NMP,DMF)的使用,制备方法简单,生产效率高,且组装的固态锂电池具有较低的阻抗和较高的容量发挥,同时,用该有机-无机复合固态电解质组装的锂金属具电池不仅具有良好的界面稳定性和长循环性能,而且锂枝晶的生长得到有效的抑制。
实施例五:
(1)膜的厚度测量;采用千分尺(精确到0.001mm)测量固态电解质的厚度,任意取三个点,求平均值,测量结果参见表1。
(2)离子电导率测试;在充满氩气的手套箱中组装对称阻塞型电池SS/CSE/SS测量体系。以电化学工作站测量30℃的交流阻抗。通过公式σ=l/(R·S)计算电解质的电导率,计算结果参见表1。
(3)电化学窗口测试;以不锈钢为工作正极、金属锂为对电极和参比电极,将固态电解质夹于中间组装电池,电池在30℃下静置6h以上,通过电化学工作站进行线形扫描伏安法测试。线形扫描伏安法测试的测试电压范围为2.5~6.0V(vs Li+/Li),扫描速率为1mVs-1,测试结果参见表1。
Figure GDA0002482273810000151
表1
电池性能测试方法
以LAND电池程控测试仪测试电池的充放电曲线。
由图1可见,在30℃,0.2C倍率下,分别采用实施例3的复合固态电解质组装的三元材料/锂金属电池的充放电曲线,放电容量分别达到173mAh/g;
由图2可见,在30℃,0.2C倍率下,采用实施例4的复合固态电解质组装的硫/锂金属电池的充放电曲线平稳,放电容量达到1185mAh/g;
由图3可见,在30℃,0.2C倍率下,采用实施例3的复合固态电解质组装的三元材料/锂金属电池的具有稳定的长循环性能。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种有机-无机复合固态电解质的制备方法,其特征在于:此复合固态电解质包括丙烯酸酯材料、锂盐、交联剂、引发剂、增塑剂、快离子导体以及多孔刚性支撑材料;
所述丙烯酸酯材料为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯或甲基丙烯酸丁酯,丙烯酸酯材料在电解质中所占比例为10-50%;
所述增塑剂包括碳酸酯类有机溶剂、醚类有机溶剂、砜类中的一种或者几种,其中碳酸酯类有机溶剂为碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯,其中醚类有机溶剂为四乙二醇二甲醚,其中砜类为环丁砜,增塑剂在聚合物固态电解质中占比为0-40%;
所述有机-无机复合固态电解质的制备方法,其特征在于:
步骤一:将丙烯酸酯材料和锂盐混和在一起,使锂盐完全溶解于丙烯酸酯中;
步骤二:向上述混合液中加入交联剂和增塑剂,加入后搅拌均匀;
步骤三:向上述混合液中加入快离子导体,超声或搅拌使之分散均匀;
步骤四:向上述混合液中加入引发剂,搅拌均匀;
步骤五:将上述混合液均匀浇筑在多孔刚性支撑材料上;
步骤六:在60℃-100℃加热引发,使得丙烯酸酯材料与交联剂共聚,即可得到有机-无机复合固态电解质。
2.根据权利要求1所述的一种有机-无机复合固态电解质的制备方法,其特征在于:锂盐包含高氯酸锂,三氟甲基磺酸锂,双(三氟甲基磺酸)亚胺锂,三(三氟甲基磺酸)甲基锂中的一种或者几种,锂盐在电解质中占的质量比例为10-50%。
3.根据权利要求1所述的一种有机-无机复合固态电解质的制备方法,其特征在于:交联剂包含聚乙二醇二丙烯酸酯,甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷,苯乙烯,三缩四乙二醇二甲基丙烯酸酯,甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或者几种,交联剂在有机-无机复合固态电解质中占的质量比例为0-20%。
4.根据权利要求1所述的一种有机-无机复合固态电解质的制备方法,其特征在于:所述引发剂为偶氮类引发剂、过氧化物类引发剂中的一种,其中偶氮类引发剂为偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈,其中过氧化物类引发剂为过氧化二苯甲酰或过氧化十二酰,引发剂占丙烯酸酯和交联剂总质量的0.3-3%。
5.根据权利要求1所述的一种有机-无机复合固态电解质的制备方法,其特征在于:快离子导体包括Li7La3Zr2O12、LiAlO2其中的一种,颗粒尺寸在50nm-3μm,活性快离子导体在电解质中的质量比例为1-60%。
6.根据权利要求1所述的一种有机-无机复合固态电解质的制备方法,其特征在于:多孔刚性支撑材料包括无纺布、陶瓷多孔隔膜、玻璃纤维隔膜、PP、PE以及PP/PE复合隔膜中的一种。
CN201810005878.2A 2018-01-03 2018-01-03 一种有机-无机复合固态电解质的制备方法 Active CN108232293B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810005878.2A CN108232293B (zh) 2018-01-03 2018-01-03 一种有机-无机复合固态电解质的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810005878.2A CN108232293B (zh) 2018-01-03 2018-01-03 一种有机-无机复合固态电解质的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108232293A CN108232293A (zh) 2018-06-29
CN108232293B true CN108232293B (zh) 2020-07-07

Family

ID=62642770

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810005878.2A Active CN108232293B (zh) 2018-01-03 2018-01-03 一种有机-无机复合固态电解质的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108232293B (zh)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109301316B (zh) * 2018-09-28 2020-12-08 苏州清陶新能源科技有限公司 一种有机-无机复合电解质及其制备方法以及在固体锂离子二次电池中的应用
CN109378521A (zh) * 2018-10-19 2019-02-22 中国电子科技集团公司第十八研究所 无机-有机复合固态电解质及其制备方法以及组装的全固态锂电池
CN109830745A (zh) * 2019-01-23 2019-05-31 广东美尼科技有限公司 一种凝胶扣式软包装锂电池及制备工艺
CN109786817B (zh) * 2019-01-23 2021-09-21 蜂巢能源科技有限公司 固态锂电池及其应用和制备无纺布增强的固态电解质膜的方法
CN109888372B (zh) * 2019-02-25 2022-06-21 蜂巢能源科技有限公司 固体电解质复合膜及其应用
CN110105502B (zh) * 2019-04-08 2020-10-27 西安交通大学 一种多功能有机凝胶及其制备方法
CN110048153B (zh) * 2019-05-06 2021-03-16 浙江大学 一种固态金属锂电池及其制备方法
CN110085870B (zh) * 2019-05-06 2021-03-16 浙江大学 一种碱金属复合负极及其制备方法和在制备固态碱金属电池中的应用
CN111934020B (zh) * 2020-07-14 2021-10-08 华中科技大学 一种耐高压全固态锂电池界面层及其原位制备方法和应用
CN113113662A (zh) * 2020-08-06 2021-07-13 昆山宝创新能源科技有限公司 改性无机-有机复合固态电解质膜及其制备方法和应用
CN112054244A (zh) * 2020-08-21 2020-12-08 昆山宝创新能源科技有限公司 复合固态电解质及其制备方法和应用
CN112038693B (zh) * 2020-09-11 2022-05-17 惠州亿纬锂能股份有限公司 一种固态电解质及其制备方法和应用
CN112234249B (zh) * 2020-09-24 2021-12-31 中国科学院化学研究所 一种复合固体电解质及其制备方法和在固态二次电池中的应用
CN112490495A (zh) * 2020-11-23 2021-03-12 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种无机-有机复合固态电解质及制备方法及固态锂电池
CN112421046B (zh) * 2020-11-30 2022-10-11 南开大学 用于锂金属二次电池的单离子导电聚合物复合材料的制备方法
CN112349898B (zh) * 2021-01-06 2021-04-06 清陶(昆山)能源发展有限公司 一种锂离子电池硅负极及电池
CN113437359B (zh) * 2021-05-18 2023-04-07 长沙矿冶研究院有限责任公司 一种聚环氧丙烷基聚合物固态电解质薄膜的制备方法
CN113675467B (zh) * 2021-09-26 2024-01-16 珠海冠宇电池股份有限公司 一种固态电解质及包括该固态电解质的固态电池
CN113793981B (zh) * 2021-11-17 2022-02-11 北京胜能能源科技有限公司 一种复合固态电解质膜及其制备方法和全固态电池
CN114142099A (zh) * 2021-11-24 2022-03-04 蜂巢能源科技有限公司 一种复合固态电解质膜的制备方法和电化学储能装置
CN114388885A (zh) * 2021-12-21 2022-04-22 浙江大学 一种不对称复合固态电解质膜及其制备方法和应用
CN115441048B (zh) * 2022-08-24 2023-10-03 哈尔滨工业大学 具有稳定梯度分布结构的复合电解质及电池与制备方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104538577A (zh) * 2015-01-28 2015-04-22 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种复合隔膜及其制备方法
CN105811002A (zh) * 2016-03-16 2016-07-27 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种有机无机复合全固态电解质及其构成的全固态锂电池
CN106299471A (zh) * 2016-09-19 2017-01-04 哈尔滨工业大学 一种复合型固态聚合物电解质及其制备方法与应用
CN106450442A (zh) * 2016-09-27 2017-02-22 湖南杉杉能源科技股份有限公司 锂离子电池用阻燃凝胶电解液及其制备方法、锂离子电池的制备方法
CN106654363A (zh) * 2017-01-17 2017-05-10 北京科技大学 一种复合固态聚合物电解质及全固态锂电池
CN106784993A (zh) * 2016-12-29 2017-05-31 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种柔性聚合物薄型锂离子电池及其制备方法
CN106785009A (zh) * 2016-12-09 2017-05-31 北京科技大学 一种有机无机全固态复合电解质及其制备和应用方法
CN107394272A (zh) * 2017-06-20 2017-11-24 哈尔滨工业大学无锡新材料研究院 一种固态锂离子电池及其制备方法
CN107492680A (zh) * 2017-07-26 2017-12-19 哈尔滨工业大学无锡新材料研究院 一种碳酸亚乙烯酯及聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯基聚合物电解质及其制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6081392B2 (ja) * 2013-04-04 2017-02-15 本田技研工業株式会社 電解質−正極構造体及びそれを備えるリチウムイオン二次電池
US9627709B2 (en) * 2014-10-15 2017-04-18 Sakti3, Inc. Amorphous cathode material for battery device

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104538577A (zh) * 2015-01-28 2015-04-22 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种复合隔膜及其制备方法
CN105811002A (zh) * 2016-03-16 2016-07-27 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种有机无机复合全固态电解质及其构成的全固态锂电池
CN106299471A (zh) * 2016-09-19 2017-01-04 哈尔滨工业大学 一种复合型固态聚合物电解质及其制备方法与应用
CN106450442A (zh) * 2016-09-27 2017-02-22 湖南杉杉能源科技股份有限公司 锂离子电池用阻燃凝胶电解液及其制备方法、锂离子电池的制备方法
CN106785009A (zh) * 2016-12-09 2017-05-31 北京科技大学 一种有机无机全固态复合电解质及其制备和应用方法
CN106784993A (zh) * 2016-12-29 2017-05-31 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种柔性聚合物薄型锂离子电池及其制备方法
CN106654363A (zh) * 2017-01-17 2017-05-10 北京科技大学 一种复合固态聚合物电解质及全固态锂电池
CN107394272A (zh) * 2017-06-20 2017-11-24 哈尔滨工业大学无锡新材料研究院 一种固态锂离子电池及其制备方法
CN107492680A (zh) * 2017-07-26 2017-12-19 哈尔滨工业大学无锡新材料研究院 一种碳酸亚乙烯酯及聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯基聚合物电解质及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108232293A (zh) 2018-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108232293B (zh) 一种有机-无机复合固态电解质的制备方法
CN108183258B (zh) 一种聚丙烯酸酯类固态聚合物电解质以及制备方法及其在固态锂电池中的应用
CN107834104B (zh) 一种复合固态电解质及其制备方法以及在全固态锂电池中的应用
WO2020143259A1 (zh) 一种聚碳酸酯基聚合物电解质的制备及其应用
CN102709597B (zh) 一种复合全固态聚合物电解质锂离子电池及其制备方法
CN101407625B (zh) 一种超支化聚醚型固体聚合物电解质及其制备方法
CN108336402B (zh) 一种陶瓷基复合固态电解质及其制备方法
CN111533851A (zh) 一种聚合物电解质的制备方法及其在全固态电池中的应用
CN100467504C (zh) 一种凝胶态锂离子电池聚合物电解质的制备方法及其应用
CN106887622B (zh) 含氟单离子导体聚合物电解质及其制备方法与应用
CN111786018B (zh) 一种高压聚合物电解质、高压聚合物锂金属电池及此电池的制备方法
CN110336080B (zh) 一种复合单离子固态电解质的制备及应用方法
CN108933258A (zh) 三维复合金属锂负极的全固态锂离子电池的制备方法
CN113788907B (zh) 3d网络准固态电解质、准固态锂离子电池及其制备方法
CN114171788A (zh) 一种夹心式固态复合电解质膜及其制备方法和应用
CN101381429B (zh) 自支撑的锂离子电池凝胶聚合物电解质、其专用聚合物及其制备方法和应用
CN115020802A (zh) 原位紫外光固化纳米纤维复合固态电解质及其制备方法和应用
CN111342123B (zh) 一种选择性浸润聚合物电解质及其制备和应用
CN102709598B (zh) 一种复合全固态聚合物电解质及其制备方法
WO2023028900A1 (zh) 一种无机-有机复合电解质膜及其制备方法与应用
CN117199515A (zh) 一种原位聚合电解质的前驱体溶液及由其制得的固态电池
CN109273762B (zh) 一种离子液体/聚乙二醇修饰的氨基化石墨烯/聚合物凝胶电解质及其制备方法
CN108336403A (zh) 一种凝胶聚合物电解质的制备及其应用
CN115799622A (zh) 一种复合固态电解质颗粒及其制备方法和应用
CN116111179A (zh) 一种宽温高压聚烯丙基碳酸酯基聚合物电解质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: 2 / F, building 3, Dongchuang science and technology center, No.1 Hongfeng Road, enterprise science and Technology Park, East Qianjin Road, Kunshan Development Zone, Suzhou City, Jiangsu Province

Patentee after: Qingtao (Kunshan) Energy Development Co.,Ltd.

Address before: 2 / F, building 3, Dongchuang science and technology center, No.1 Hongfeng Road, enterprise science and Technology Park, East Qianjin Road, Kunshan Development Zone, Suzhou City, Jiangsu Province

Patentee before: QINGTAO (KUNSHAN) ENERGY DEVELOPMENT CO.,LTD.

CP02 Change in the address of a patent holder
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: Floor 2, Building 1, No. 3 Shengxi Road, Kunshan Development Zone, Suzhou City, Jiangsu Province, 215000

Patentee after: Qingtao (Kunshan) Energy Development Co.,Ltd.

Address before: 2 / F, building 3, Dongchuang science and technology center, No.1 Hongfeng Road, enterprise science and Technology Park, East Qianjin Road, Kunshan Development Zone, Suzhou City, Jiangsu Province

Patentee before: Qingtao (Kunshan) Energy Development Co.,Ltd.