CN113629292A - 聚碳酸酯全固态电解质和聚碳酸酯全固态电解质复合膜及其制备方法与锂离子电池 - Google Patents

聚碳酸酯全固态电解质和聚碳酸酯全固态电解质复合膜及其制备方法与锂离子电池 Download PDF

Info

Publication number
CN113629292A
CN113629292A CN202010382410.2A CN202010382410A CN113629292A CN 113629292 A CN113629292 A CN 113629292A CN 202010382410 A CN202010382410 A CN 202010382410A CN 113629292 A CN113629292 A CN 113629292A
Authority
CN
China
Prior art keywords
polycarbonate
solid
state electrolyte
lithium
mixed solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010382410.2A
Other languages
English (en)
Inventor
张师军
张恒源
刘建叶
祁丽亚
初立秋
徐耀辉
张丽英
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry
China Petroleum and Chemical Corp
Original Assignee
Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry
China Petroleum and Chemical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry, China Petroleum and Chemical Corp filed Critical Sinopec Beijing Research Institute of Chemical Industry
Priority to CN202010382410.2A priority Critical patent/CN113629292A/zh
Publication of CN113629292A publication Critical patent/CN113629292A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明属于聚合物全固态电解质领域，涉及一种聚碳酸酯全固态电解质和聚碳酸酯全固态电解质复合膜及其制备方法与锂离子电池。该聚碳酸酯全固态电解质包括聚碳酸酯、无机陶瓷快离子导体填料和锂盐，所述无机陶瓷快离子导体填料由Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12和Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3组成。本发明通过不同种类无机陶瓷快离子导体填料之间的协同作用，有利于形成快速锂离子通道，从而提升电解质的电导率。

Description

聚碳酸酯全固态电解质和聚碳酸酯全固态电解质复合膜及其 制备方法与锂离子电池
技术领域
本发明属于聚合物全固态电解质领域，具体地，涉及一种聚碳酸酯全固态电解质，该聚碳酸酯全固态电解质的制备方法，一种聚碳酸酯全固态电解质复合膜，该聚碳酸酯全固态电解质复合膜的制备方法，与一种锂离子电池。
背景技术
随着锂离子电池的应用领域愈加广泛，人们对其研究也越来越深入。锂离子电池的主要组成部分包括正极、负极和电解质。电解质作为电池中重要的一部分，与电池的性能联系相当紧密。现今商用的锂离子电池电解质均为液体，安全性差并且能量密度接近了理论极限，未来发展空间有限，所以研究人员纷纷将目光转向了固态电解质。
聚合物固态电解质具有成本低、安全性高、集成性好等诸多优点，被认为是下一代电解质的发展方向，然而，相较于液态电解质，聚合物固态电解质离子电导率低，现阶段难以大规模应用。
无机固态电解质在常温下电导率高，但难与正负极直接接触。
将聚合物固态电解质和无机固态电解质复合，可以集合两者的优点，在一定程度上提高电解质的综合性能。然而，目前复合方案所得电解质的电导率仍不尽如意。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加入两种无机陶瓷快离子导体填料的聚碳酸酯全固态电解质，由该聚碳酸酯全固态电解质进一步得到的聚碳酸酯全固态电解质复合膜，以及一种锂离子电池，该聚碳酸酯全固态电解质和聚碳酸酯全固态电解质复合膜具有更高的电导率。
本发明的第一方面提供一种聚碳酸酯全固态电解质，该聚碳酸酯全固态电解质包括聚碳酸酯、无机陶瓷快离子导体填料和锂盐，所述无机陶瓷快离子导体填料由Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12和Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3组成。
本发明的第二方面提供一种聚碳酸酯全固态电解质复合膜，该聚碳酸酯全固态电解质复合膜包括聚碳酸酯全固态电解质膜和多孔支撑材料层；所述聚碳酸酯全固态电解质膜的材质为上述聚碳酸酯全固态电解质。
本发明的第三方面提供上述聚碳酸酯全固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
1)将所述聚碳酸酯和所述锂盐与有机溶剂混合，得到混合溶液；
2)向所述混合溶液中加入所述无机陶瓷快离子导体填料，形成悬浊液；
3)将所述悬浊液进行干燥，得到所述聚碳酸酯全固态电解质。
本发明的第四方面提供上述聚碳酸酯全固态电解质复合膜的制备方法，包括以下步骤：
1)将所述聚碳酸酯和所述锂盐与有机溶剂混合，得到混合溶液；
2)向所述混合溶液中加入所述无机陶瓷快离子导体填料，形成悬浊液；
3)将所述悬浊液涂覆在所述多孔支撑材料上，然后进行真空干燥，得到所述聚碳酸酯全固态电解质复合膜。
本发明的第五方面提供一种锂离子电池，该锂离子电池包括正极、负极和电解质，所述电解质为上述聚碳酸酯全固态电解质和/或上述聚碳酸酯全固态电解质复合膜。
本发明具有以下优点：
1、本发明的聚碳酸酯全固态电解质和聚碳酸酯全固态电解质复合膜中加入有两种无机陶瓷快离子导体填料，通过不同种类无机陶瓷快离子导体填料之间的协同作用，有利于形成快速锂离子通道，从而提升电解质的电导率。
2、相比液态电解质或混合型电解质，本发明的聚碳酸酯全固态电解质和聚碳酸酯全固态电解质复合膜安全性好，不易燃。
3、本发明制备全固态电解质和全固态电解质复合膜的方法简单易行，原料易得，利于推广。
4、由于所用基材为具有生物降解性的聚碳酸酯，因此，本发明聚碳酸酯全固态电解质和聚碳酸酯全固态电解质复合膜属于环境友好型材料。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述。
图1为25℃下实施例1-2、5-6和对比例1-5的聚碳酸酯全固态电解质复合膜的电导率比较图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明的第一方面提供一种聚碳酸酯全固态电解质，该聚碳酸酯全固态电解质包括聚碳酸酯、无机陶瓷快离子导体填料和锂盐，所述无机陶瓷快离子导体填料由Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12和Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3组成。
根据本发明，优选地，Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12和Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3的重量比为0.25-4：1，优选为0.3-3：1，进一步优选为0.5-2：1。具有优选复配比例的两种无机陶瓷快离子导体填料的聚碳酸酯全固态电解质具有更高的电导率。
本发明中，如常规使用状态，所述Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12和所述Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3均为纳米级。两种无机陶瓷快离子导体填料均可商购获得，或通过本领域公知的方法制得。
根据本发明一种优选实施方式，以所述聚碳酸酯全固态电解质的总重量为基准，所述聚碳酸酯的重量含量为35-90％，优选为40-80％，进一步优选为50-70％；所述无机陶瓷快离子导体填料的重量含量为0.5-50％，优选为2-40％，进一步优选为5-20％；所述锂盐的重量含量为9-50％，优选为18-50％，进一步优选为25-40％。
根据本发明，作为基材的聚碳酸酯优选为聚碳酸烯烃酯，更优选为聚碳酸低碳烯烃酯，进一步优选为聚碳酸乙烯酯和/或聚碳酸丙烯酯。本发明中，所述低碳烯烃是指碳原子为2-4的烯烃。
本发明的聚碳酸酯全固态电解质中，锂盐可以为固态电解质领域常规采用的各种锂盐，包括但不限于双三氟甲基磺酸亚胺锂、六氟磷酸锂、双氟代磺酰亚胺锂、高氯酸锂、四氟磷酸锂、二氟磷酸锂、双草酸硼酸锂和二氟草酸硼酸锂中的一种或多种；优选为六氟磷酸锂和/或双三氟甲基磺酸亚胺锂。
本发明的第二方面进一步提供一种聚碳酸酯全固态电解质复合膜，该聚碳酸酯全固态电解质复合膜包括聚碳酸酯全固态电解质膜和多孔支撑材料层；所述聚碳酸酯全固态电解质膜的材质为上述聚碳酸酯全固态电解质。
由于本发明的聚碳酸酯全固态电解质质地较软，在使用时，可将其与支撑层复合使用。优选地，所述多孔支撑材料层为植物纤维素膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜和玻璃纤维膜中的一种或多种，更优选为植物纤维素薄膜和/或聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，进一步优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜。
根据本发明，所述聚碳酸酯全固态电解质复合膜的厚度可根据需要确定，通常可为80-350μm，所述聚碳酸酯全固态电解质膜的厚度可以为60-200μm。
本发明的第三方面提供上述聚碳酸酯全固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
1)将所述聚碳酸酯和所述锂盐与有机溶剂混合，得到混合溶液；
2)向所述混合溶液中加入所述无机陶瓷快离子导体填料，形成悬浊液；
3)将所述悬浊液进行干燥，得到所述聚碳酸酯全固态电解质。
根据本发明一种优选实施方式，步骤3)包括：
3-1)使用溶液浇铸法将所述悬浊液涂覆在载体上，形成液态薄膜；
3-2)将所述液态薄膜进行真空干燥，得到所述聚碳酸酯全固态电解质。
通过上述方法制得的聚碳酸酯全固态电解质为膜状。所述膜的厚度可根据需要控制在60-200μm范围内。
本发明聚碳酸酯全固态电解质的制备方法中，具体地，步骤1)中，所述混合溶液中溶质的质量浓度为10-40％。步骤1)采用的所述有机溶剂可以为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙腈和丙酮中的一种或多种，优选为乙腈和/或N,N-二甲基甲酰胺，进一步优选为N,N-二甲基甲酰胺。
优选地，步骤1)包括：将所述聚碳酸酯和所述锂盐与有机溶剂混合，充分搅拌使聚碳酸酯和锂盐完全溶解，得到混合溶液。其中，所述搅拌优选在40℃-75℃下进行；所述搅拌的时间可以为6-12h。
根据本发明一种具体实施方式，步骤2)包括：向所述混合溶液中加入所述无机陶瓷快离子导体填料，超声分散，搅拌均匀，形成悬浊液。所述搅拌优选在40℃-75℃下进行；搅拌的时间可以为8-12h。所述超声分散可采用本领域常规工艺条件和设备，例如时间可以为10min-20min。
根据本发明，所述真空干燥也可采用常规的条件，具体地，温度可以为25-80℃，时间可以为12-48小时。
本发明的第四方面提供上述聚碳酸酯全固态电解质复合膜的制备方法，包括以下步骤：
1)将所述聚碳酸酯和所述锂盐与有机溶剂混合，得到混合溶液；
2)向所述混合溶液中加入所述无机陶瓷快离子导体填料，形成悬浊液；
3)将所述悬浊液涂覆在所述多孔支撑材料上，然后进行真空干燥，得到所述聚碳酸酯全固态电解质复合膜。
与聚碳酸酯全固态电解质的制备方法类似地，本发明聚碳酸酯全固态电解质复合膜的制备方法中，具体地，步骤1)中，所述混合溶液中溶质的质量浓度为10-40％。步骤1)采用的所述有机溶剂可以为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙腈和丙酮中的一种或多种，优选为乙腈和/或N,N-二甲基甲酰胺，进一步优选为N,N-二甲基甲酰胺。
优选地，步骤1)包括：将所述聚碳酸酯和所述锂盐与有机溶剂混合，充分搅拌使聚碳酸酯和锂盐完全溶解，得到混合溶液。其中，所述搅拌优选在40℃-75℃下进行；所述搅拌的时间可以为6-12h。
根据本发明一种具体实施方式，步骤2)包括：向所述混合溶液中加入所述无机陶瓷快离子导体填料，超声分散，搅拌均匀，形成悬浊液。所述搅拌优选在40℃-75℃下进行；搅拌的时间可以为8-12h。所述超声分散可采用本领域常规工艺条件和设备。
根据本发明，步骤3)中，优选地，使用溶液浇铸法将所述悬浊液涂覆在所述多孔支撑材料上。所述真空干燥可采用常规的条件，具体地，温度可以为25-80℃，时间可以为12-48小时。
本发明的第五方面提供一种锂离子电池，该锂离子电池包括正极、负极和电解质，所述电解质为上述聚碳酸酯全固态电解质和/或上述聚碳酸酯全固态电解质复合膜。
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的范围并不局限于这些实施例。
实施例1
将3g聚碳酸丙烯酯，10g N,N-二甲基甲酰胺，2.1g双三氟甲基磺酸亚胺锂加入到100mL烧瓶中，在40℃下搅拌8h，得到均一溶液，再将0.15g Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12和0.15gLi1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3加入到上述溶液中，超声分散15min，60℃搅拌12h，得到均匀混合溶液，将混合溶液浇铸在聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜上，在60℃真空烘箱中干燥24h，得到聚碳酸丙烯酯全固态电解质复合膜。所述聚碳酸酯全固态电解质复合膜的厚度为90μm，其中聚碳酸酯全固态电解质膜的厚度为60μm。
实施例2
将5g聚碳酸丙烯酯，18g乙腈，3g双三氟甲基磺酸亚胺锂加入到250mL烧瓶中，在50℃下搅拌10h，得到均一溶液，再将0.6g Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12和0.4g Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3加入到上述溶液中，超声分散20min，80℃搅拌16h，得到均匀混合溶液，将混合溶液浇铸在植物纤维素膜上，在80℃真空烘箱中干燥24h，得到聚碳酸丙烯酯全固态电解质复合膜。所述聚碳酸酯全固态电解质复合膜的厚度为120μm，其中聚碳酸酯全固态电解质膜的厚度为80μm。
实施例3
将2g聚碳酸丙烯酯，6g N,N-二甲基乙酰胺，1.0g双氟代磺酰亚胺锂加入到100mL烧瓶中，在40℃下搅拌6h，得到均一溶液，再将0.24g Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12和0.06gLi1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3加入到上述溶液中，超声分散10min，50℃搅拌8h，得到均匀混合溶液，将混合溶液浇铸在玻璃纤维膜上，在70℃真空烘箱中干燥24h，得到聚碳酸丙烯酯全固态电解质复合膜。所述聚碳酸酯全固态电解质复合膜的厚度为110μm，其中聚碳酸酯全固态电解质膜的厚度为80μm。
实施例4
将4g聚碳酸丙烯酯，16g丙酮，1.6g双氟代磺酰亚胺锂加入到250mL烧瓶中，在70℃下搅拌7h，得到均一溶液，再将0.1g Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12和0.2g Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3加入到上述溶液中，超声分散20min，70℃搅拌12h，得到均匀混合溶液，将混合溶液浇铸在聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜上，在80℃真空烘箱中干燥24h，得到聚碳酸丙烯酯全固态电解质复合膜。所述聚碳酸酯全固态电解质复合膜的厚度为320μm，其中聚碳酸酯全固态电解质膜的厚度为200μm。
实施例5
将5g聚碳酸丙烯酯，18g乙腈，3g双三氟甲基磺酸亚胺锂加入到250mL烧瓶中，在50℃下搅拌10h，得到均一溶液，再将0.8g Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12和0.2g Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3加入到上述溶液中，超声分散20min，80℃搅拌16h，得到均匀混合溶液，将混合溶液浇铸在植物纤维素膜上，在80℃真空烘箱中干燥24h，得到聚碳酸丙烯酯全固态电解质复合膜。所述聚碳酸酯全固态电解质复合膜的厚度为120μm，其中聚碳酸酯全固态电解质膜的厚度为80μm。
实施例6
将5g聚碳酸丙烯酯，18g乙腈，3g双三氟甲基磺酸亚胺锂加入到250mL烧瓶中，在50℃下搅拌10h，得到均一溶液，再将0.3g Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12和0.7g Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3加入到上述溶液中，超声分散20min，80℃搅拌16h，得到均匀混合溶液，将混合溶液浇铸在植物纤维素膜上，在80℃真空烘箱中干燥24h，得到聚碳酸丙烯酯全固态电解质复合膜。所述聚碳酸酯全固态电解质复合膜的厚度为120μm，其中聚碳酸酯全固态电解质膜的厚度为80μm。
实施例7
将5g聚碳酸乙烯酯，18g乙腈，3g双三氟甲基磺酸亚胺锂加入到250mL烧瓶中，在50℃下搅拌10h，得到均一溶液，再将0.6g Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12和0.4g Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3加入到上述溶液中，超声分散20min，80℃搅拌16h，得到均匀混合溶液，将混合溶液浇铸在植物纤维素膜上，在80℃真空烘箱中干燥24h，得到聚碳酸丙烯酯全固态电解质复合膜。所述聚碳酸酯全固态电解质复合膜的厚度为220μm，其中聚碳酸酯全固态电解质膜的厚度为160μm。
实施例8
将3g聚碳酸丙烯酯，10g N,N-二甲基甲酰胺，2.1g双三氟甲基磺酸亚胺锂加入到100mL烧瓶中，在40℃下搅拌8h，得到均一溶液，再将0.15g Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12和0.15gLi1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3加入到上述溶液中，超声分散10min，70℃搅拌12h，得到均匀混合溶液，将混合溶液浇铸在聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜上，在50℃真空烘箱中干燥24h，得到聚碳酸丙烯酯全固态电解质复合膜。所述聚碳酸酯全固态电解质复合膜的厚度为90μm，其中聚碳酸酯全固态电解质膜的厚度为60μm。
对比例1
将3g聚碳酸丙烯酯，10g N,N-二甲基甲酰胺，2.1g双三氟甲基磺酸亚胺锂加入到100mL烧瓶中，在40℃下搅拌8h，得到均一溶液，再将0.30g Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3加入到上述溶液中，超声分散15min，60℃搅拌12h，得到均匀混合溶液，将混合溶液浇铸在聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜上，在60℃真空烘箱中干燥24h，得到聚碳酸丙烯酯全固态电解质复合膜。所述聚碳酸酯全固态电解质复合膜的厚度为90μm，其中聚碳酸酯全固态电解质膜的厚度为60μm。
对比例2
将3g聚碳酸丙烯酯，10g N,N-二甲基甲酰胺，2.1g双三氟甲基磺酸亚胺锂加入到100mL烧瓶中，在40℃下搅拌8h，得到均一溶液，再将0.15g Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3和0.15gLi7La3Zr2O12加入到上述溶液中，超声分散15min，60℃搅拌12h，得到均匀混合溶液，将混合溶液浇铸在聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜上，在60℃真空烘箱中干燥24h，得到聚碳酸丙烯酯全固态电解质复合膜。所述聚碳酸酯全固态电解质复合膜的厚度为90μm，其中聚碳酸酯全固态电解质膜的厚度为60μm。
对比例3
将5g聚碳酸丙烯酯，18g乙腈，3g双三氟甲基磺酸亚胺锂加入到250mL烧瓶中，在50℃下搅拌10h，得到均一溶液，再将1.0g Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12加入到上述溶液中，超声分散20min，80℃搅拌16h，得到均匀混合溶液，将混合溶液浇铸在植物纤维素膜上，在80℃真空烘箱中干燥24h，得到聚碳酸丙烯酯全固态电解质复合膜。所述聚碳酸酯全固态电解质复合膜的厚度为120μm，其中聚碳酸酯全固态电解质膜的厚度为80μm。
对比例4
将5g聚碳酸丙烯酯，18g乙腈，3g双三氟甲基磺酸亚胺锂加入到250mL烧瓶中，在50℃下搅拌10h，得到均一溶液，再将0.6g Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12和0.4g Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3加入到上述溶液中，超声分散20min，80℃搅拌16h，得到均匀混合溶液，将混合溶液浇铸在植物纤维素膜上，在80℃真空烘箱中干燥24h，得到聚碳酸丙烯酯全固态电解质复合膜。所述聚碳酸酯全固态电解质复合膜的厚度为120μm，其中聚碳酸酯全固态电解质膜的厚度为80μm。
对比例5
将5g聚碳酸丙烯酯，18g乙腈，3g双三氟甲基磺酸亚胺锂加入到250mL烧瓶中，在50℃下搅拌10h，得到均一溶液，再将0.6g Li6.5La3Zr1.4Ta0.6O12和0.4g Li1.42Al0.4Ge1.6(PO4)3加入到上述溶液中，超声分散20min，80℃搅拌16h，得到均匀混合溶液，将混合溶液浇铸在植物纤维素膜上，在80℃真空烘箱中干燥24h，得到聚碳酸丙烯酯全固态电解质复合膜。所述聚碳酸酯全固态电解质复合膜的厚度为120μm，其中聚碳酸酯全固态电解质膜的厚度为80μm。
测试
根据电化学交流阻抗谱，测试各实施例和对比例所制得的全固态电解质复合膜的室温(25℃)电导率，结果如图1和表1所示。
表1
Figure BDA0002482663000000111
Figure BDA0002482663000000121
由表1和图1可以看出，相较于采用单一无机陶瓷快离子导体填料或其他组成的复配无机陶瓷快离子导体填料得到的全固态电解质，本发明采用Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12和Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3作为复配无机陶瓷快离子导体填料得到的全固态电解质具有更高的室温电导率。
此外，控制两种无机陶瓷快离子导体填料的比例在优选范围可以进一步提高所得全固态电解质的室温电导率。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

Claims (12)

1.一种聚碳酸酯全固态电解质，其特征在于，该聚碳酸酯全固态电解质包括聚碳酸酯、无机陶瓷快离子导体填料和锂盐，所述无机陶瓷快离子导体填料由Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12和Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3组成。
2.根据权利要求1所述的聚碳酸酯全固态电解质，其中，Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12和Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3的重量比为0.25-4：1，优选为0.3-3：1，进一步优选为0.5-2：1。
3.根据权利要求1所述的聚碳酸酯全固态电解质，其中，以所述聚碳酸酯全固态电解质的总重量为基准，所述聚碳酸酯的重量含量为35-90％，优选为40-80％，进一步优选为50-70％；所述无机陶瓷快离子导体填料的重量含量为0.5-50％，优选为2-40％，进一步优选为5-20％；所述锂盐的重量含量为9-50％，优选为18-50％，进一步优选为25-40％。
4.根据权利要求1所述的聚碳酸酯全固态电解质，其中，所述聚碳酸酯为聚碳酸烯烃酯，优选为聚碳酸低碳烯烃酯，进一步优选为聚碳酸乙烯酯和/或聚碳酸丙烯酯。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的聚碳酸酯全固态电解质，其中，所述锂盐为双三氟甲基磺酸亚胺锂、六氟磷酸锂、双氟代磺酰亚胺锂、高氯酸锂、四氟磷酸锂、二氟磷酸锂、双草酸硼酸锂和二氟草酸硼酸锂中的一种或多种；优选为六氟磷酸锂和/或双三氟甲基磺酸亚胺锂。
6.一种聚碳酸酯全固态电解质复合膜，其特征在于，该聚碳酸酯全固态电解质复合膜包括聚碳酸酯全固态电解质膜和多孔支撑材料层；所述聚碳酸酯全固态电解质膜的材质为权利要求1-5中任意一项所述的聚碳酸酯全固态电解质；
所述多孔支撑材料层优选为植物纤维素膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜和玻璃纤维膜中的一种或多种，优选为植物纤维素薄膜和/或聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，进一步优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜；
优选地，所述聚碳酸酯全固态电解质复合膜的厚度为80-350μm，所述聚碳酸酯全固态电解质膜的厚度为60-200μm。
7.权利要求1-5中任意一项所述的聚碳酸酯全固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
1)将所述聚碳酸酯和所述锂盐与有机溶剂混合，得到混合溶液；
2)向所述混合溶液中加入所述无机陶瓷快离子导体填料，形成悬浊液；
3)将所述悬浊液进行干燥，得到所述聚碳酸酯全固态电解质。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，步骤3)包括：
3-1)使用溶液浇铸法将所述悬浊液涂覆在载体上，形成液态薄膜；
3-2)将所述液态薄膜进行真空干燥，得到所述聚碳酸酯全固态电解质。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其中，
步骤1)中，所述混合溶液中溶质的质量浓度为10-40％；所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙腈和丙酮中的一种或多种，优选为乙腈和/或N,N-二甲基甲酰胺，进一步优选为N,N-二甲基甲酰胺；
步骤1)包括：将所述聚碳酸酯和所述锂盐与有机溶剂混合，充分搅拌使聚碳酸酯和锂盐完全溶解，得到混合溶液；所述搅拌优选在40℃-75℃下进行；
步骤2)包括：向所述混合溶液中加入所述无机陶瓷快离子导体填料，超声分散，搅拌均匀，形成悬浊液；所述搅拌优选在40℃-75℃下进行；
步骤3)中，所述真空干燥的温度为25-80℃，时间为12-48小时。
10.权利要求6所述的聚碳酸酯全固态电解质复合膜的制备方法，包括以下步骤：
1)将所述聚碳酸酯和所述锂盐与有机溶剂混合，得到混合溶液；
2)向所述混合溶液中加入所述无机陶瓷快离子导体填料，形成悬浊液；
3)将所述悬浊液涂覆在所述多孔支撑材料上，然后进行真空干燥，得到所述聚碳酸酯全固态电解质复合膜。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其中，
步骤1)中，所述混合溶液中溶质的质量浓度为10-40％；所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙腈和丙酮中的一种或多种，优选为乙腈和/或N,N-二甲基甲酰胺，进一步优选为N,N-二甲基甲酰胺；
步骤1)包括：将所述聚碳酸酯和所述锂盐与有机溶剂混合，充分搅拌使聚碳酸酯和锂盐完全溶解，得到混合溶液；所述搅拌优选在40℃-75℃下进行；
步骤2)包括：向所述混合溶液中加入所述无机陶瓷快离子导体填料，超声分散，搅拌均匀，形成悬浊液；所述搅拌优选在40℃-75℃下进行；
步骤3)中，使用溶液浇铸法将所述悬浊液涂覆在所述多孔支撑材料上；所述真空干燥的温度为25-80℃，时间为12-48小时。
12.一种锂离子电池，其特征在于，该锂离子电池包括正极、负极和电解质，所述电解质为权利要求1-5中任意一项所述的聚碳酸酯全固态电解质和/或权利要求6所述的聚碳酸酯全固态电解质复合膜。
CN202010382410.2A 2020-05-08 2020-05-08 聚碳酸酯全固态电解质和聚碳酸酯全固态电解质复合膜及其制备方法与锂离子电池 Pending CN113629292A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010382410.2A CN113629292A (zh) 2020-05-08 2020-05-08 聚碳酸酯全固态电解质和聚碳酸酯全固态电解质复合膜及其制备方法与锂离子电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010382410.2A CN113629292A (zh) 2020-05-08 2020-05-08 聚碳酸酯全固态电解质和聚碳酸酯全固态电解质复合膜及其制备方法与锂离子电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113629292A true CN113629292A (zh) 2021-11-09

Family

ID=78377160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010382410.2A Pending CN113629292A (zh) 2020-05-08 2020-05-08 聚碳酸酯全固态电解质和聚碳酸酯全固态电解质复合膜及其制备方法与锂离子电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113629292A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105811002A (zh) * 2016-03-16 2016-07-27 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种有机无机复合全固态电解质及其构成的全固态锂电池
US20170077547A1 (en) * 2015-09-16 2017-03-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Secondary battery, composite electrolyte, battery pack, and vehicle
CN107645013A (zh) * 2016-07-22 2018-01-30 中国科学院物理研究所 复合准固态电解质、其制法和含其的锂电池或锂离子电池
CN108933274A (zh) * 2017-05-26 2018-12-04 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种锂硫电池电解质及其应用
CN110212241A (zh) * 2019-06-12 2019-09-06 哈尔滨工业大学 一种固态电解质膜及其制备工艺与应用
CN110931849A (zh) * 2019-06-12 2020-03-27 北京当升材料科技股份有限公司 梯度复合固态电解质及其制备方法和固态锂电池

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170077547A1 (en) * 2015-09-16 2017-03-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Secondary battery, composite electrolyte, battery pack, and vehicle
CN105811002A (zh) * 2016-03-16 2016-07-27 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种有机无机复合全固态电解质及其构成的全固态锂电池
CN107645013A (zh) * 2016-07-22 2018-01-30 中国科学院物理研究所 复合准固态电解质、其制法和含其的锂电池或锂离子电池
CN108933274A (zh) * 2017-05-26 2018-12-04 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种锂硫电池电解质及其应用
CN110212241A (zh) * 2019-06-12 2019-09-06 哈尔滨工业大学 一种固态电解质膜及其制备工艺与应用
CN110931849A (zh) * 2019-06-12 2020-03-27 北京当升材料科技股份有限公司 梯度复合固态电解质及其制备方法和固态锂电池

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张师军等: "《PPC／LAGP 固态复合电解质制备与性能》", 《工程塑料应用》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lv et al. Recent advances in electrolytes for “beyond aqueous” zinc‐ion batteries
Wang et al. Asymmetric polymer electrolyte constructed by metal–organic framework for solid‐state, dendrite‐free lithium metal battery
Zong et al. Functionalized separator strategies toward advanced aqueous zinc‐ion batteries
Li et al. Developing “polymer‐in‐salt” high voltage electrolyte based on composite lithium salts for solid‐state li metal batteries
Zeng et al. Enhanced interfacial stability with a novel boron-centered crosslinked hybrid polymer gel electrolytes for lithium metal batteries
CN102244291B (zh) 一种凝胶态聚合物锂离子电池电解质及其制备方法
CN109286039A (zh) 一种固态电池电解质膜及其制备方法和带有该电解质膜的固态电池
CN105680092A (zh) 一种固态聚合物电解质及其制备方法
CN114512723B (zh) 一种锂离子二次电池
CN111354976A (zh) 一种复合固态电解质的制备方法及其在固态锂离子电池中的应用
CN114284636A (zh) 一种阻燃型复合电池隔膜、其制备方法及应用
CN109935908A (zh) 低浓度锂盐电解液及包含其的锂二次电池
Yuan et al. Study of poly (organic palygorskite‐methyl methacrylate)/poly (ethylene oxide) blended gel polymer electrolyte for lithium‐ion batteries
CN114400373B (zh) 一种阻燃凝胶电解质、其制备方法和用途
Chen et al. A hydrogel-enabled free-standing polypyrrole cathode film for potassium ion batteries with high mass loading and low-temperature stability
CN114006036A (zh) 一种非对称凝胶聚合物电解质及其制备方法和应用
CN113793987A (zh) 一种以硝酸锂为锂盐的高性能本征不燃型锂电池电解液
CN113629291B (zh) 一种聚环氧烷全固态电解质及其制备方法与锂离子电池
CN112701353A (zh) 电解液及其应用
CN116979138A (zh) 一种原位聚合的凝胶电解质及其制备方法和应用
CN113629292A (zh) 聚碳酸酯全固态电解质和聚碳酸酯全固态电解质复合膜及其制备方法与锂离子电池
CN114566702A (zh) 夹心一体化的全固态聚合物电解质膜、其制备方法和应用
CN105098235A (zh) 锂离子二次电池及其电解液
CN113054238B (zh) 一种复合固态电解质及其制备方法
CN1860155A (zh) 聚苯并咪唑－苯甲酰胺共聚物及其制备方法和由该共聚物制备的电解质膜及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20211109