CN113054238B - 一种复合固态电解质及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合固态电解质及其制备方法，所述的复合固态电解质是由聚合物、无机固态电解质、锂盐以及添加剂组成，其制备方法包括以下步骤：先制备均匀透明的聚合物溶液，然后制备无机固态电解质/锂盐/聚合物混合分散液，最后聚多巴胺加入混合分散液中涂覆成膜得到复合固态电解质。本发明在固态电解质中添加聚多巴胺，利用聚多巴胺在固态电解质中自聚合，发生交联反应，提高固态电解质膜的机械性能，同时聚多巴胺可与聚合物之间形成氢键降低聚合物的结晶度，提高其室温离子电导率，此外聚多巴胺的加入提高了电解质膜的亲水性，有效地提高固态电解质膜与电极的界面相容性。

Description

一种复合固态电解质及其制备方法
技术领域
本发明属于固态电解质技术领域，具体涉及到一种复合固态电解质及其制备方法。
背景技术
现今，锂离子电池生产商不断的追求电池能量密度的提升，但是在这个过程中，安全问题一直制约着高能量密度锂离子电池的发展。如今，所采用的商用锂离子电池使用了易燃的有机电解质及有机溶剂，容易引发安全问题，导致电动汽车发生火灾，因此用不可燃的无机、陶瓷固体电解质取代有机电解质，组装全固态锂离子电池，有望最终解决锂离子电池的安全问题并提升锂离子电池的能量密度。
目前对于固态电解质的研究，主要有三个类别：一是有机聚合物电解质，二是无机固体电解质，三是有机聚合物与无机固体电解质复合而成的复合电解质。有机聚合物电解质的电池易加工，可基本沿用现有的锂离子电池工艺，但是室温电导率低；无机固体电解质的室温电导率较高，但是材料成本较高，且电池工艺复杂，需要开发很多全新的电池生产设备，导致成本进一步升高；复合电解质膜具备有机聚合物电解质的易加工性能，并可一定程度上提高室温电导率，但是存在机械强度差导致膜容易破裂造成电池短路、与正负极界面相容性较差导致电池内阻较高、循环性能差的缺点，且室温电导率也有待进一步提高。基于上述问题，急需开发一种新的固态电解质以满足现阶段的需求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种复合固态电解质及其制备方法，旨在改善固态电解质室温离子电导率及电极/固态电解质膜界面相容性，同时提高固态电解质膜的机械性能。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种复合固态电解质及其制备方法，所述的复合固态电解质是由聚合物、无机固态电解质、锂盐以及添加剂组成，其制备方法包括以下步骤：
（1）将聚合物加入至二甲基甲酰胺/丙酮复合溶剂中，室温下搅拌1~10h，得到均匀透明的溶液；
（2）取当量的无机固态电解质加入至上述均匀透明的溶液中，分散均匀后加入当量的锂盐继续搅拌；
（3）将添加剂加入至步骤（2）中，pH调节至8~9，搅拌1~5h，然后涂敷在玻璃板上，置于50℃真空环境下烘干，得到复合固态电解质。
所述的聚合物、无机固态电解质、锂盐以及添加剂重量比为20~70%︰10~50%︰5~20%︰0.1~10%。优选地，所述的聚合物、无机固态电解质、锂盐以及添加剂重量比为40~70%︰10~30%︰5~15%︰0.5~5%。
所述的聚合物为聚氧乙烯、聚甲基丙烯酰胺、聚偏氟乙烯、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯）、聚四氟乙烯、聚酰亚胺中的一种或多种。优选地，所述的聚合物为聚氧乙烯、聚偏氟乙烯、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯）中的一种或多种。
所述的无机固态电解质为锂镧钛氧、锂镧锆氧和钽掺杂的锂镧锆氧中的一种或几种。优选地，所述的无机固态电解质为钽掺杂的锂镧锆氧。
所述的锂盐为双（三氟甲基磺酰）亚胺锂、二氟甲基磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、高氯酸锂中的一种或多种。优选地，所述的锂盐为双（三氟甲基磺酰）亚胺锂、二氟甲基磺酰亚胺锂、高氯酸锂中的一种或多种。
所述的添加剂为聚多巴胺及其衍生物中的一种或多种。优选地，所述的添加剂为聚多巴胺。
按照本发明的另一方面，提供了一种复合固态电解质，其由所述的制备方法制备。
本发明的有益效果在于：本发明在固态电解质中添加聚多巴胺，利用聚多巴胺在固态电解质中自聚合，发生交联反应，提高固态电解质膜的机械性能，同时聚多巴胺可与聚合物之间形成氢键降低聚合物的结晶度，提高其室温离子电导率，此外聚多巴胺的加入提高了电解质膜的亲水性，可有效地提高固态电解质膜与电极的界面相容性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
实施例1：
（1）将68%聚氧乙烯加入至二甲基甲酰胺/丙酮复合溶剂中，室温下搅拌6h，得到均匀透明的溶液；
（2）取20%钽掺杂的锂镧锆氧加入至上述均匀透明的溶液中，分散均匀后加入10%双（三氟甲基磺酰）亚胺锂继续搅拌；
（3）将2%聚多巴胺加入至步骤（2）中，pH调节至8.5，搅拌2h，然后涂敷在玻璃板上，置于50℃真空环境下烘干，得到复合固态电解质。
实施例2：
（1）将69%聚氧乙烯加入至二甲基甲酰胺/丙酮复合溶剂中，室温下搅拌6h，得到均匀透明的溶液；
（2）取20%钽掺杂的锂镧锆氧加入至上述均匀透明的溶液中，分散均匀后加入10%双（三氟甲基磺酰）亚胺锂继续搅拌；
（3）将1%聚多巴胺加入至步骤（2）中，pH调节至8.5，搅拌2h，然后涂敷在玻璃板上，置于50℃真空环境下烘干，得到复合固态电解质。
实施例3：
（1）将68.5%聚氧乙烯加入至二甲基甲酰胺/丙酮复合溶剂中，室温下搅拌6h，得到均匀透明的溶液；
（2）取20%钽掺杂的锂镧锆氧加入至上述均匀透明的溶液中，分散均匀后加入10%双（三氟甲基磺酰）亚胺锂继续搅拌；
（3）将0.5%聚多巴胺加入至步骤（2）中，pH调节至8.5，搅拌2h，然后涂敷在玻璃板上，置于50℃真空环境下烘干，得到复合固态电解质。
实施例4：
（1）将65%聚氧乙烯加入至二甲基甲酰胺/丙酮复合溶剂中，室温下搅拌6h，得到均匀透明的溶液；
（2）取20%钽掺杂的锂镧锆氧加入至上述均匀透明的溶液中，分散均匀后加入10%双（三氟甲基磺酰）亚胺锂继续搅拌；
（3）将5%聚多巴胺加入至步骤（2）中，pH调节至8.5，搅拌2h，然后涂敷在玻璃板上，置于50℃真空环境下烘干，得到复合固态电解质。
实施例5：
（1）将63%聚氧乙烯加入至二甲基甲酰胺/丙酮复合溶剂中，室温下搅拌6h，得到均匀透明的溶液；
（2）取25%钽掺杂的锂镧锆氧加入至上述均匀透明的溶液中，分散均匀后加入10%双（三氟甲基磺酰）亚胺锂继续搅拌；
（3）将2%聚多巴胺加入至步骤（2）中，pH调节至8.5，搅拌2h，然后涂敷在玻璃板上，置于50℃真空环境下烘干，得到复合固态电解质。
实施例6：
（1）将60%聚氧乙烯和8%聚(偏氟乙烯-六氟丙烯）加入至二甲基甲酰胺/丙酮复合溶剂中，室温下搅拌6h，得到均匀透明的溶液；
（2）取20%钽掺杂的锂镧锆氧加入至上述均匀透明的溶液中，分散均匀后加入10%双（三氟甲基磺酰）亚胺锂继续搅拌；
（3）将2%聚多巴胺加入至步骤（2）中，pH调节至8.5，搅拌2h，然后涂敷在玻璃板上，置于50℃真空环境下烘干，得到复合固态电解质。
本发明提供了一种复合固态电解质及其制备方法，显著地改善了固态电解质室温离子电导率及电极/固态电解质膜界面相容性，同时也提高固态电解质膜的机械性能和热稳定性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作出任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案范围内。

Claims (6)

1.一种复合固态电解质的制备方法，其特征在于，所述的复合固态电解质是由聚合物、无机固态电解质、锂盐以及添加剂组成；
所述的添加剂为聚多巴胺及其衍生物中的一种或多种混合；
其制备方法包括以下步骤：
(1)将聚合物加入至二甲基甲酰胺/丙酮复合溶剂中，室温下搅拌1～10h，得到均匀透明的溶液；
(2)取当量的无机固态电解质加入至上述均匀透明的溶液中，分散均匀后加入当量的锂盐继续搅拌；
(3)将添加剂加入至步骤(2)中，pH调节至8～9，搅拌1～5h，然后涂敷在玻璃板上，置于50℃真空环境下烘干，得到复合固态电解质。
2.如权利要求1所述的一种复合固态电解质的制备方法，其特征在于，所述的聚合物、无机固态电解质、锂盐以及添加剂重量比为20～70％︰10～50％︰5～20％︰0.1～10％。
3.如权利要求1所述的一种复合固态电解质的制备方法，其特征在于，所述的聚合物为聚氧乙烯、聚甲基丙烯酰胺、聚偏氟乙烯、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)、聚四氟乙烯、聚酰亚胺中的一种或多种混合。
4.如权利要求1所述的一种复合固态电解质的制备方法，其特征在于，所述的无机固态电解质为锂镧钛氧、锂镧锆氧和钽掺杂的锂镧锆氧中的一种或几种混合。
5.如权利要求1所述的一种复合固态电解质的制备方法，其特征在于，所述的锂盐为双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、二氟甲基磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、高氯酸锂中的一种或多种混合。
6.一种复合固态电解质，其特征在于，所述复合固态电解质由权利要求1～5任意一项所述方法制备得到。
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