CN110061296A - 一种复合固态电解质及其制备方法和应用 - Google Patents

一种复合固态电解质及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合固态电解质的制备方法，包括以下步骤：将聚合物基体与电解质锂盐在溶剂中溶解，得到溶胶；向得到的溶胶中加入粉体状固态电解质分散均匀；涂布到易转移基体上，烘干，得到预制电解质；将预制电解质与复合单元通过平压机平压，得到复合固态电解质。本发明将聚合物电解质的塑形与转印同时进行，节约了时间和操作成本，且该方法所制备的固态电解质具有较好的尺寸调控性、剥离性和复合性，可以应用于多种电解质以及与负极的复合过程中。

Description

一种复合固态电解质及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及电解质技术领域，尤其涉及一种复合固态电解质及其制备方法和应用。
背景技术
随着人们对于能量密度要求的提升，对于锂离子二次电池的研究范围也越来越广，全固态电池因其同时兼具安全性能和高能量密度备受关注。
目前固态电解质材料已经有了比较高的离子电导率，尤其是硫系固态电解质的室温离子导电率已经接近液态电解质，而且固态电解质离子迁移系数接近于1，所以在现阶段采用合理的工艺将电池各个组分采用合理的工艺组装成电池就显得格外重要。
由于无机类固态电解质离子电导率较高，但是加工性能比较弱，与正负极接触尤其是与负极接触的界面问题比较难处理，所以可以选择在混合电解质，利用聚合物与负极复合改善这个问题；而传统的聚合物电解质尤其是PEO的氧化电位为3.8V，主要应用在铁锂体系中，所以可以采用复合电解质：耐高压的无机或有机电解质接触正极解决这一问题。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种复合固态电解质及其制备方法和应用，本发明将聚合物电解质的塑形与转印同时进行，节约了时间和操作成本，且该方法所制备的固态电解质具有较好的尺寸调控性、剥离性和复合性，可以应用于多种电解质以及与负极的复合过程中。
本发明提出的一种复合固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
S1、将聚合物基体与电解质锂盐在溶剂中溶解，得到溶胶；
S2、向S1得到的溶胶中加入粉体状固态电解质分散均匀；
S3、涂布到易转移基体上，烘干，得到预制电解质；
S4、将预制电解质与复合单元通过平压机平压，得到复合固态电解质。
优选地，步骤S1中，所述聚合物基体的分子量大于10万。
优选地，步骤S1中，所述聚合物基体为聚环氧乙烷、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂、聚环氧丙烷、聚偏氯乙烯、聚二甲基硅氧烷中的一种。
优选地，步骤S1中，电解质锂盐为无机类锂盐和/或有机类锂盐；
优选地，无机类锂盐为高氯酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂和六氟磷酸锂的一种或多种；
优选地，有机类锂盐为螯合硼类、螯合磷类、全氟膦、烷基类、亚胺锂的一种或多种。
优选地，步骤S1中，聚合物基体和电解质锂盐的比例为10：1-20。
优选地，步骤S1中，溶剂为乙腈、丙酮、二甲基甲酰胺的至少一种。
优选地，步骤S1中，溶胶的粘度为2000-20000mP·S。
优选地，步骤S2中，粉体固态电解质为已经烧结的具有离子传输性能的固态电解质；
优选地，粉体固态电解质为LLZO导电陶瓷粉末、LGPS固态电解质、LPS固态电解质的一种或多种。
优选地，步骤S3中，涂布方式为接触式、转移式或挤压式涂布；
优选地，涂布方式为间歇式或连续式涂布。
优选地，步骤S3中，易转移基体为聚乙烯、聚丙烯或聚对苯甲二酸乙二醇酯中的一种。
优选地，步骤S4中，复合单元为锂金属、锂合金、无机电解质或聚合物电解质中的一种。
优选地，步骤S4中，平压的时间为2-30min；平压的压力为1-5T；平压的温度为30-120℃。
本发明还提出了一种复合固态电解质，采用权利要求1所述的固态电解质的制备方法制成。
本发明还提出了一种所述的复合固态电解质在锂离子电池中的应用。
本发明提出的一种固态电解质的制备方法，通过合浆、涂布、烘烤、热压、转印等可以实现聚合物电解质的大规模生产，结合成熟的电池生产工艺，将聚合物电解质的塑形与转印同时进行，节约了时间和操作成本，且该方法所制备的固态电解质具有较好的尺寸调控性、剥离性和复合性，可以应用于多种电解质以及与负极的复合过程中。
附图说明
图1、本发明实施例5-7提出的采用间歇式涂布的复合固态电解质的结构示意图。
图2、本发明实施例4提出的采用连续式涂布的复合固态电解质的结构示意图。
图3、本发明实施例5提出的采用间歇式涂布的复合固态电解质的结构示意图。
图4、本发明实施例6提出的采用间歇式涂布的复合固态电解质的结构示意图。
图5、本发明实施例7提出的采用连续式涂布的复合固态电解质的结构示意图。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种复合固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
S1、将聚合物基体与电解质锂盐在溶剂中溶解，得到溶胶；
S2、向S1得到的溶胶中加入粉体状固态电解质分散均匀；
S3、涂布到易转移基体上，烘干，得到预制电解质；
S4、将预制电解质与复合单元通过平压机平压，得到复合固态电解质。
实施例2
一种复合固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
S1、将聚合物基体与电解质锂盐在溶剂中溶解，得到溶胶；其中聚合物基体和电解质锂盐的比例为10：1。溶胶的粘度为20000mP·S。
S2、向S1得到的溶胶中加入粉体状固态电解质分散均匀；
S3、涂布到易转移基体上，烘干，得到预制电解质；
S4、将预制电解质与复合单元通过平压机平压，得到复合固态电解质。
其中，所述聚合物基体的分子量大于10万；所述聚合物基体为聚环氧乙烷，电解质锂盐为高氯酸锂。
溶剂为乙腈。
粉体固态电解质LLZO导电陶瓷粉末。
涂布方式为接触式涂布。
平压的时间为2min；平压的压力为5T；平压的温度为30℃。
易转移基体为聚乙烯。
复合单元为锂金属。
实施例3
一种复合固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
S1、将聚合物基体与电解质锂盐在溶剂中溶解，得到溶胶；聚合物基体和电解质锂盐的比例为10：20。溶胶的粘度为2000mP·S。
S2、向S1得到的溶胶中加入粉体状固态电解质分散均匀；
S3、涂布到易转移基体上，烘干，得到预制电解质；
S4、将预制电解质与复合单元通过平压机平压，得到复合固态电解质。
其中，所述聚合物基体为聚甲基丙烯酸甲脂。
电解质锂盐烷基类锂盐。
溶剂为二甲基甲酰胺。
粉体固态电解质为LGPS固态电解质。
涂布方式为间歇式涂布。
平压的时间为30min；平压的压力为1T；平压的温度为120℃。
易转移基体为聚丙烯。
复合单元为无机电解质。
实施例4
一种复合固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
S1、将聚合物基体与电解质锂盐在溶剂中溶解，得到溶胶；聚合物基体和电解质锂盐的比例为1：1。溶胶的粘度为10000mP·S。
S2、向S1得到的溶胶中加入粉体状固态电解质分散均匀；
S3、涂布到易转移基体上，烘干，得到预制电解质；
S4、将预制电解质与复合单元通过平压机平压，得到复合固态电解质，如图2所示，21为易转移基体，22为固态电解质。
其中，所述聚合物基体聚环氧丙烷。
电解质锂盐为六氟磷酸锂。
溶剂为二甲基甲酰胺。
粉体固态电解质为LPS固态电解质。
涂布方式为连续式涂布。
平压的时间为10min；平压的压力为3T；平压的温度为100℃。
易转移基体为聚对苯甲二酸乙二醇酯(PET)。
复合单元为聚合物电解质。
实施例5
一种复合固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
分子量为500万的PEO与高氯酸锂在乙腈中形成溶胶，向溶胶中加入LLZO导电陶瓷粉末，将粘度为4200mP·S的溶胶输入到转移式涂布机的模头，间歇式的涂布在PET上，得到长126mm、宽96mm、厚78um(PET厚75um)的电解质片段，通过真空烘箱烘干后收卷，将成卷的电解质与LLZO在100℃热压10min，平压机压力为1.5T，即得到复合固态电解质，如图1、图3所示，其中在图1中，11为易转移基体，12为固态电解质；在图3中，31为易转移基体，32为固态电解质，33为另一种固态电解质。
实施例6
一种固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
分子量为200万的PEO与双三氟甲烷磺酰亚胺锂在乙腈中形成溶胶，将粘度为3000mP·S的溶胶输入到转移式涂布机的模头，间歇式的涂布在PET上，得到长126mm、宽96mm、厚77um(PET厚75um)的电解质片段，通过真空烘箱烘干后收卷，将成卷的电解质与金属锂负极在70℃热压2min，平压机压力为2T，即得到复合在负极上的固态电解质，如图1、图4所示，其中在图1中，11为易转移基体，12为固态电解质；在图4中，41为易转移基体，42为固态电解质，43为负极。
实施例7
一种固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
分子量为400万的PEO与双三氟甲烷磺酰亚胺锂在乙腈中形成溶胶，向溶胶中加入LGPS，将粘度为4800mP·S的溶胶输入到转移式涂布机的模头，连续式的涂布在PET上，得到长126mm、宽96mm、厚78um(PET厚75um)的电解质，通过真空烘箱烘干后收卷，将成卷的电解质与金属锂负极在70℃热压2min，平压机压力为2T，即得到连续性复合在负极上的固态电解质，如图1、图5所示。其中在图1中，11为易转移基体，12为固态电解质；在图5中，51为易转移基体，52为固态电解质，53为负极。
从实施例5-7可知，本发明可将聚合物电解质的塑形与转印同时进行，节约了时间和操作成本，该方法制备的固态电解质具有较好的尺寸调控性、剥离性和复合性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将聚合物基体与电解质锂盐在溶剂中溶解，得到溶胶；
S2、向S1得到的溶胶中加入粉体状固态电解质分散均匀；
S3、涂布到易转移基体上，烘干，得到预制电解质；
S4、将预制电解质与复合单元通过平压机平压，得到复合固态电解质。
2.根据权利要求1所述的复合固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤S1中，聚合物基体为聚环氧乙烷、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂、聚环氧丙烷、聚偏氯乙烯、聚二甲基硅氧烷中的一种。
3.根据权利要求1所述的复合固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤S1中，电解质锂盐为无机类锂盐和/或有机类锂盐；
优选地，无机类锂盐为高氯酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂和六氟磷酸锂的一种或多种；
优选地，有机类锂盐为螯合硼类、螯合磷类、全氟膦、烷基类、亚胺锂的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的复合固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤S2中，粉体固态电解质为LLZO导电陶瓷粉末、LGPS固态电解质、LPS固态电解质的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的复合固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤S3中，涂布方式为接触式、转移式或挤压式涂布；优选地涂布方式为间歇式或连续式涂布。
6.根据权利要求1所述的复合固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤S3中，易转移基体为聚乙烯、聚丙烯或聚对苯甲二酸乙二醇酯中的一种。
7.根据权利要求1所述的复合固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤S4中，复合单元为锂金属、锂合金、无机电解质或聚合物电解质中的一种。
8.根据权利要求1所述的复合固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤S4中，平压的时间为2-30min；平压的压力为1-5T；平压的温度为30-120℃。
9.一种复合固态电解质，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的固态电解质的制备方法制成。
10.一种如权利要求9所述的复合固态电解质在锂离子电池中的应用。
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