[发明专利]一种柔性无机固态电解质薄膜及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种柔性无机固态电解质薄膜及其制备和应用，所述柔性无机固态电解质薄膜为：通过静电吸附剂锂离子，使氧化石墨与Li_6.75La₃Zr_1.75Nb_0.25O₁₂LLZN无机固态电解质颗粒复合形成薄膜。制备：将LLZN分散液搅匀后倒入有滤膜的砂芯上，抽滤，再倒入氧化石墨分散液，真空抽滤，烘干，即得。本发明制备方法简单，成本低廉，易于产业化。所制得的无机固态电解质薄膜重量轻，同时具有很好的柔性、良好的离子电导率和优异的安全性能，在柔性电子储能器件、柔性传感和柔性显示等领域有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于固态电解质材料及其制备和应用领域，特别涉及一种柔性无机固态电解质薄膜及其制备和应用。

背景技术

随着人们生活水平的提高和科技智能化产业的迅速发展，各式各样的可移动式电子通讯设备、柔性显示器件和柔性可穿戴电子设备快速涌现。同时，这些设备器件也对能源存储器件提出了新的更高的要求：安全、柔性和轻便。锂离子电池，由于较高的工作电压和能量密度，低自放电率，相对较小的环境污染等优势，成为理想的能源存储载体。然而，传统的锂离子电池本身是刚性的，所使用的电解质为液态电解液，在工作过程中会因为锂枝晶的形成而刺穿隔膜，造成电池内部短路，进而发生燃烧甚至爆炸。

无机固态电解质，具有较高的离子电导率、更高的耐受工作电压、自身的不可燃性和能够抑制锂枝晶生长等特点，在电化学器件、高能量密度电池(动力汽车)和高工作电压电池等(Bachman,J.C.,et al.Chemical Reviews,2016,47(12),140-162)诸多领域展现出光明的应用前景，成为替代目前液态离子电解质最具希望的新一代锂离子电池电解质。近年来，研究人员通过大量的实验研究和理论计算发现：石榴石型无机固态电解质是最具有应用前景和开发价值的固态电解质(Thangadurai,V.,et al.Journal of PhysicalChemistry Letters,2015,6(2),292-299)，在室温下，总离子电导率(体离子电导率和晶界离子电导率的总和)可以达到10^-3S·cm^-1数量级，这一数值与液态离子电解质相当。其稳定工作电压窗口可以达到6V，同时，对于锂负极和高压锂氧化物正极材料表现出优异的化学稳定性和相容性。

目前，无机固态电解质的制备方法包括溶胶-凝胶法、熔盐法、高温固相合成法、磁控溅射法、放电等离子体烧结法等。普通的溶胶-凝胶法和熔盐法需要在凝胶烘干后再进行多次煅烧方可得到高纯相产物；高温固相合成法需要长时间和多次数的球磨和煅烧；磁控溅射法和放电等离子体烧结法虽然可以快速的得到高纯相产物，但是产量低，且设备成本极高。以上方法普遍存在制备流程复杂，成本高的缺点，与此同时，这些方法的产物多为颗粒或刚性块体，这也是制约无机固态电解质发展和应用范围的重要因素。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种柔性无机固态电解质薄膜及其制备和应用，克服了现有技术中制备流程复杂，设备要求高，生产成本高，且所得到的薄膜重量不够轻薄，柔性、离子导电率和安全性能差的缺陷。

本发明首次将高纯相LLZN颗粒与氧化石墨复合，所得到的无机固态电解质薄膜具有很好的柔性，室温下离子电导率可达1.43×10^-4S·cm^-1。

本发明的一种柔性无机固态电解质薄膜，通过静电吸附剂锂离子，使氧化石墨与Li_6.75La₃Zr_1.75Nb_0.25O₁₂LLZN石榴石型无机固态电解质颗粒复合形成薄膜。

本发明的一种柔性无机固态电解质薄膜的制备方法，包括：