[发明专利]一种固态电解质膜、其制备方法及应用

权利要求书

1.一种固态电解质膜，其特征在于，包括固态电解质层和多孔陶瓷层，所述固态电解质层厚度在0.5微米至10微米之间，所述多孔陶瓷层厚度在100微米至300微米之间，所述固态电解质层均匀覆盖在多孔陶瓷层上，所述固态电解质膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)固态电解质层前驱体的制备：按照目标固态电解质层的元素比例将相应元素的原料均匀分散于有机溶剂中，烘干制得所述原料均匀混合的粉末，将所述粉末在500℃至700℃下烧结制得所述固态电解质层前驱体粉末；

(2)固态电解质层靶材料的制备：将步骤(1)中制得的固态电解质层前驱体粉末加入其质量1％至10％的粘结剂，在200MPa至300MPa压力机下压制成片，在900℃至1200℃下烧结制得固态电解质层靶材料；

(3)多孔陶瓷基底镀膜：以多孔陶瓷为成膜基底，以步骤(2)中制备的固态电解质层靶材料为靶材，采用磁控溅射的方法，将多孔陶瓷上均匀镀上一层固态电解质的薄膜，即制得所述固态电解质膜。

2.如权利要求1所述的固态电解质膜，其特征在于，所述固态电解质层的室温离子电导率在10^-5至10^-6西门子/厘米。

3.如权利要求2所述的固态电解质膜，其特征在于，所述固态电解质层的材质为NASICON型锂离子导体Li_1+xTi_2-xM_x(PO₄)₃、Li_1+xGe_2-xM_x(PO₄)₃、钙钛矿型锂离子导体Li_3yLa_(2/3)-yTiO₃、LISICON型锂离子导体Li₁₄ZnGe₄O₁₆或石榴石型锂离子导体Li₅La₃N₂O₁₂，其中0.1<x<0.7且M＝Al、Ga、In或Sc，0<y<0.16， N＝Ta或Nb。

4.如权利要求1所述的固态电解质膜，其特征在于，所述多孔陶瓷层的抗弯曲强度在80N/mm²至170N/mm²之间。

5.如权利要求4所述的固态电解质膜，其特征在于，所述多孔陶瓷层为利用造孔剂得到的多孔氧化锆陶瓷、介孔硅胶、双通阳极氧化铝或梯度孔径分布的陶瓷超滤膜。

6.如权利要求1至5任意一项所述的固态电解质膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)固态电解质层前驱体的制备：按照目标固态电解质层的元素比例将相应元素的原料均匀分散于有机溶剂中，烘干制得所述原料均匀混合的粉末，将所述粉末在500℃至700℃下烧结制得所述固态电解质层前驱体粉末；

(2)固态电解质层靶材料的制备：将步骤(1)中制得的固态电解质层前驱体粉末加入其质量1％至10％的粘结剂，在200MPa至300MPa压力机下压制成片，在900℃至1200℃下烧结制得固态电解质层靶材料；

(3)多孔陶瓷基底镀膜：以多孔陶瓷为成膜基底，以步骤(2)中制备的固态电解质层靶材料为靶材，采用磁控溅射的方法，将多孔陶瓷上均匀镀上一层固态电解质的薄膜，即制得所述固态电解质膜。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的原料为相应元素的氧化物、碳酸盐化合物和/或磷酸盐化合物。

8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的粘 结剂为质量分数1％至5％的聚乙烯醇或者聚乙烯醇缩丁醛的乙醇溶液。

9.如权利要求1至5任意一项所述的固态电解质膜在锂空气电池的制备中的应用。

10.一种应用如权利要求1至5任意一项所述固态电解质膜的锂空气电池，其特征在于，包括金属锂负极、如权利要求1至5所述的固态电解质膜、电解液以及多孔正极；所述固态电解质膜的多孔陶瓷层，其孔内充满电解液；所述固态电解质膜设置在金属锂负极和多孔正极之间，隔离所述金属锂负极和多孔正极。