CN113451639A - 一种固态电解质膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种固态电解质膜及其制备方法，所述的固态电解质膜包括无机固态电解质、聚合物电解质、聚合物添加剂及锂盐，所述的固态电解质膜通过热压成膜。本发明采用大量的无机固态电解质包覆少量聚合物电解质，通过添加少量聚合物添加剂，形成交联网络结构，降低聚合物电解质的结晶度，有利于锂离子迁移，提高室温离子导电率，同时提高固态电解质膜的机械强度和热稳定性，并且该制备方法未添加任何有机溶剂，绿色环保，操作简便，有利于实现工业化。
Description
技术领域
本发明属于固态电解质技术领域，具体涉及到一种固态电解质膜及其制备方法。
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的前进。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固态电解质膜及其制备方法，旨在提出一种环保简便的方法制备固态电解质膜，同时改善固态电解质膜机械性能及室温离子电导率。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为一种固态电解质膜及其制备方法，所述的固态电解质膜包括无机固态电解质、聚合物电解质、聚合物添加剂及锂盐，所述的制备方法包括以下步骤：
S1：将无机固态电解质与聚合物电解质添加至球磨机，充分混合；
S2：添加锂盐至S1中，混合均匀；
S3：添加将聚合物添加剂至S2中，混合均匀后；
S4：将S3所制备的混合物在一定温度下进行压膜成型即得到固态电解质膜。
所述的无机固态电解质、聚合物电解质、聚合物添加剂及锂盐质量比为10～80%：5～50%：1～10%：5～20%。进一步地，所述的无机固态电解质、聚合物电解质、聚合物添加剂及锂盐质量比为50～80%：5～20%：2～8%：5～20%。
所述的无机固态电解质为锂镧钛氧、锂镧锆氧及锂镧锆钽氧中的一种或多种。
所述的聚合物电解质为聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯中的一种或多种。进一步地，所述的聚合物电解质为聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈中的一种或多种。
所述的聚合物添加剂为环糊精、壳聚糖中的一种或多种。进一步地，所述的聚合物添加剂为壳聚糖。
所述的的锂盐为六氟磷酸锂、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。进一步地，所述的的锂盐为双（三氟甲基磺酰）亚胺锂、二氟甲基磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂中的一种或多种。
所述的成膜压力为500~1000Mpa。进一步地，所述的成膜压力为600~800Mpa。
所述的热压温度为60～100℃。进一步地，所述的热压温度为70～90℃。
所述的固态电解质膜厚度为20～100um。进一步地，所述的固态电解质膜厚度为50～100um。
按照本发明的另一方面，提供了一种固态电解质膜，其由所述的制备方法制备。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明采用大量的无机固态电解质包覆少量聚合物电解质，通过添加少量聚合物添加剂，形成交联网络结构，降低聚合物电解质的结晶度，有利于锂离子迁移，提高室温离子导电率，同时提高固态电解质膜的机械强度和热稳定性；
（2）本发明固态电解质膜的制备方法未添加任何有机溶剂，绿色环保，操作简便，有利于实现工业化。
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：
S1:将70%锂镧锆钽氧粉末与10%聚氧化乙烯添加至球磨机，充分混合；
S2:添加15%双（三氟甲基磺酰）亚胺锂至S1中，混合均匀；
S3:添加将5%的壳聚糖至S2中，混合均匀后；
S4:将S3所制备的混合物在一定80℃下用800Mpa的压力进行压膜成型即得到固态电解质膜。
实施例2：
S1:将80%锂镧锆钽氧粉末与5%聚氧化乙烯添加至球磨机，充分混合；
S2:添加10%双（三氟甲基磺酰）亚胺锂至S1中，混合均匀；
S3:添加将5%的壳聚糖至S2中，混合均匀后；
S4:将S3所制备的混合物在一定80℃下用800Mpa的压力进行压膜成型即得到国固态电解质膜。
实施例3：
S1:将60%锂镧锆钽氧粉末与20%聚氧化乙烯添加至球磨机，充分混合；
S2:添加15%双（三氟甲基磺酰）亚胺锂至S1中，混合均匀；
S3:添加将5%的壳聚糖至S2中，混合均匀后；
S4:将S3所制备的混合物在一定80℃下用800Mpa的压力进行压膜成型即得到国固态电解质膜。
实施例4：
S1:将70%锂镧锆钽氧粉末与10%聚氧化乙烯添加至球磨机，充分混合；
S2:添加15%双（三氟甲基磺酰）亚胺锂至S1中，混合均匀；
S3:添加将5%的壳聚糖至S2中，混合均匀后；
S4:将S3所制备的混合物在一定100℃下用800Mpa的压力进行压膜成型即得到国固态电解质膜。
实施例5：
S1:将70%锂镧锆钽氧粉末与10%聚氧化乙烯添加至球磨机，充分混合；
S2:添加15%双（三氟甲基磺酰）亚胺锂至S1中，混合均匀；
S3:添加将5%的壳聚糖至S2中，混合均匀后；
S4:将S3所制备的混合物在一定60℃下用800Mpa的压力进行压膜成型即得到国固态电解质膜。
本发明提供了一种固态电解质膜及其制备方法，有效地改善了固态电解质膜机械性能、热稳定性及室温离子电导率。
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 (9)
1.一种固态电解质膜及其制备方法，其特征在于，所述的固态电解质膜包括无机固态电解质、聚合物电解质、聚合物添加剂及锂盐，所述的制备方法包括以下步骤：
S1：将无机固态电解质与聚合物电解质添加至球磨机，充分混合；
S2：添加锂盐至S1中，混合均匀；
S3：添加将聚合物添加剂至S2中，混合均匀后；
S4：将S3所制备的混合物在一定温度下进行压膜成型即得到固态电解质膜。
2.如权利要求1所述的一种固态电解质膜及其制备方法，所述的无机固态电解质、聚合物电解质、聚合物添加剂及锂盐质量比为10～80%：5～50%：1～10%：5～20%。
3.如权利要求1所述的一种固态电解质膜及其制备方法，所述的无机固态电解质为锂镧钛氧、锂镧锆氧及锂镧锆钽氧中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的一种固态电解质膜及其制备方法，所述的聚合物电解质为聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的一种固态电解质膜及其制备方法，所述的聚合物添加剂为环糊精、壳聚糖中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的一种固态电解质膜及其制备方法，所述的的锂盐为六氟磷酸锂、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。
7.如权利要求1所述的一种固态电解质膜及其制备方法，所述的成膜压力为500~1000Mpa。
8.如权利要求1所述的一种固态电解质膜及其制备方法，所述的热压温度为60～100℃。
9.如权利要求1所述的一种固态电解质膜及其制备方法，所述的固态电解质膜厚度为20～100um。
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