CN109860699A - 有机无机复合固态电解质的制备方法及其产品和应用 - Google Patents

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何丹农
张道明
张芳
王亚坤
吴晓燕
卢玉英
邓秉浩
解启飞
金彩虹
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Abstract

本发明提出一种有机/无机复合固态电解质的制备方法及其产品和应用，首先分别制备无机固态电解质LLZO（Li7La3Zr2O12）和有机聚合物基体PEO（聚环氧乙烷），然后将无机固态电解质LLZO和有机聚合物基体PEO在有机溶剂中充分混合后浇筑在PTFE（聚四氟乙烯）模板中，然后流延后干燥成膜，整个制备方法操作简单、条件温和、结合了有机和无机材料的优点，并且易于大批量生产。

Description

有机无机复合固态电解质的制备方法及其产品和应用
技术领域
本发明属于材料化学技术领域，具体涉及到一种有机/无机复合固态电解质的制备方法及其产品和应用，应用于锂离子电池领域。
背景技术
近年来，为了改善传统的液态电解质存在的诸多问题以及人们对环保意识的提高，研究者尝试使用固态电解质代替液体电解质来制备全固态电池，所以全固态锂离子电池已逐渐成为新型化学电源领域的研究开发的热点，其具有安全性能高、循环寿命长等诸多优点。而在固体电解质材料的选择上，目前已成为全固态锂离子电池发展上的重大瓶颈。
有机-无机复合固体薄膜电解质由于兼顾了有机材料和无机材料的优点，使得有机-无机具有良好的柔韧性、界面兼容性、适于卷对卷大面积制备等特点越来越受到关注。
当前行业制备有机-无机复合固体薄膜电解质普遍处于探索阶段，离大规模应用还有漫长的路要走，制作工艺存在过程繁杂，条件苛刻等问题。
为此，本发明人研究了无机固态电解质LLZO（Li7La3Zr2O12）和有机聚合物基体PEO（聚环氧乙烷），有机-无机复合固体薄膜电解质的制备方法，该方法操作简单、条件温和、结合了有机和无机材料的优点，并且易于大批量生产。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种有机/无机复合固态电解质的制备方法。
本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的有机/无机复合固态电解质产品。
本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。
本发明目的通过下述方案实现：一种有机/无机复合固态电解质的制备方法，制备材料包括无机固态电解质和有机聚合物基体聚环氧乙烷（PEO），包括如下步骤：
（1）将无机固态电解质LLZO和有机聚合物基体PEO在有机溶剂中充分混合，所述的无机固态电解质的质量为有机聚合物基体质量的5％～20%，得到均质浆料；
（2）将所述的浆料浇筑在PTFE模板中，然后流延后在干燥成膜，得到有机/无机复合固态电解质。
其中，所述有机溶剂为N ,N-二甲基甲酰胺。
所述有机溶剂使用量为聚合物基体质量的50～90％。
所述干燥温度为50～90℃，干燥时间为5～72小时。
本发明提供一种有机/无机复合固态电解质，根据上述任一方法制备得到，有机聚合物分子分散于空间网络骨架当中形成一种柔性有序空间网络，而无机固态电解质薄膜构成空间网络骨架，形成了一种有序空间网络有机/无机复合电解质膜。
本发明提供一种有机/无机复合固态电解质在锂离子电池中作为电解质的应用。
本发明提出了新型有机/无机复合固态电解质的制备方法及其产品和应用，该方法操作简单、条件温和、结合了有机和无机材料的优点，并且易于大批量生产。
附图说明
图1为实施例1有机/无机复合固态电解质SEM图；
图2为实施例2有机/无机复合固态电解质SEM图；
图3为实施例2有机/无机复合固态电解质SEM图。
具体实施方式
本发明通过下面具体实例进行详细的描述，但是本发明的保护范围不受限于这些实施例子。
实施例1：
一种有机/无机复合固态电解质的制备方法，制备材料包括无机固态电解质和有机聚合物基体聚环氧乙烷（PEO），按如下步骤：
首先称取10g无机固态电解质LLZO（Li7La3Zr2O12）和100g有机聚合物基体PEO（聚环氧乙烷），然后将无机固态电解质LLZO和有机聚合物基体PEO在80g有机溶剂N ,N-二甲基甲酰胺中充分混合，浆料混合均一后，浇筑在聚四氟乙烯（PTFE）模板中，流延后转移至真空烘箱，90℃下干燥20小时，最后成膜，得到样品。
图1为本实施例有机/无机复合固态电解质SEM图，有机聚合物分子分散于空间网络骨架当中形成一种柔性有序空间网络，而无机固态电解质薄膜构成空间网络骨架，形成了一种有序空间网络有机/无机复合电解质膜。
实施例2：
一种有机/无机复合固态电解质的制备方法，与实施例1近似，按如下步骤：
首先称取5g无机固态电解质LLZO（Li7La3Zr2O12）和100g有机聚合物基体PEO（聚环氧乙烷），然后将无机固态电解质LLZO和有机聚合物基体PEO在50g有机溶剂N ,N-二甲基甲酰胺中充分混合，浆料混合均一后，浇筑在PTFE（聚四氟乙烯）模板中，流延后转移至真空烘箱，80℃下干燥24小时，最后成膜，得到样品。其有机/无机复合固态电解质SEM图如图2所示。
实施例3：
一种有机/无机复合固态电解质的制备方法，与实施例1近似，按如下步骤：
首先称取20g无机固态电解质LLZO（Li7La3Zr2O12）和100g有机聚合物基体PEO（聚环氧乙烷），然后将无机固态电解质LLZO和有机聚合物基体PEO在90g有机溶剂N ,N-二甲基甲酰胺中充分混合，浆料混合均一后，浇筑在PTFE（聚四氟乙烯）模板中，流延后转移至真空烘箱，50℃下干燥36小时，最后成膜，得到样品。其有机/无机复合固态电解质SEM图如图3所示。

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，制备材料包括无机固态电解质和有机聚合物基体聚环氧乙烷（PEO），包括如下步骤：
（1）将无机固态电解质LLZO和有机聚合物基体PEO在有机溶剂中充分混合，所述的无机固态电解质的质量为有机聚合物基体质量的5％～20%，得到均质浆料；
（2）将所述的浆料浇筑在PTFE模板中，然后流延后在干燥成膜，得到有机/无机复合固态电解质。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为N ,N-二甲基甲酰胺。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂使用量为聚合物基体质量的50～90％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，干燥温度为50～90℃，干燥时间为5～72小时。
5.一种有机/无机复合固态电解质，其特征在于根据权利要求1～4任一所述方法制备得到，有机聚合物分子分散于空间网络骨架当中形成一种柔性有序空间网络，而无机固态电解质薄膜构成空间网络骨架，形成了一种有序空间网络有机/无机复合电解质膜。
6.一种根据权利要求5所述有机/无机复合固态电解质在锂离子电池中作为电解质的应用。
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