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
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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