[发明专利]一种低温柔性聚合物固态电解质膜的制备方法及其在低温固体锂离子电池中的应用

权利要求书

1.一种低温柔性聚合物固态电解质膜的制备方法，其特征在于具体过程为：将聚合物质量5%~20%的锂盐和聚合物质量10%~50%的增塑剂混合后加入溶剂中并充分溶解，再将聚合物质量10%~90%的无机颗粒与溶剂混合球磨后加入到上述溶液中，所得溶液经过刮涂或流延涂覆于载体上，于60~120℃烘干后即得厚度为20~100μm的低温柔性聚合物固态电解质膜；

所述聚合物为改性聚氯乙烯TPE或改性聚氯乙烯TPE与聚氯乙烯PVC、聚氟乙烯PVF、聚氯乙烯PVC、丁腈橡胶NBR、改性聚氯乙烯TPE、天然橡胶NB或聚偏氟乙烯-六氟丙烯PVDF-HFP中的一种或多种的混合物；

所述锂盐为LiN(SO₂CF₃)₂（LiTFSI）、LiN(SO₂F)₂（LiFSI）、LiB(C₂O₄)₂（LiBOB）、LiBC₂O₄F₂（LiDFOB）或LiClO₄中的一种或多种；

所述增塑剂为丁二腈（SN）、邻苯二甲酸二乙酯（DEP）、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、聚乙二醇二甲醚（PEGDME）或高岭土中的一种或多种；

所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮（NMP）、乙腈、丙酮、乙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、四氢呋喃（THF）或二甲基乙酰胺（DMAC）中的一种或多种；

所述无机颗粒为LLZO、Al₂O₃、LAGP或LATP中的一种或多种；

所述载体为铝箔、铜箔、硅油纸或格拉辛离型纸中的一种。

2.根据权利要求1所述的低温柔性聚合物固态电解质膜的制备方法，其特征在于：所述聚合物优选为改性聚氯乙烯TPE，该改性聚氯乙烯TPE与锂盐的质量比在10:1~3，所得低温柔性聚合物固态电解质膜具有较好的低温性能，该低温柔性聚合物固态电解质膜的密度为聚氯乙烯膜的一半，拉伸强度和撕裂强度分别为20-25MPa和50-60KN/m，脆点为-65℃~ -75℃，而聚氯乙烯膜仅为-40℃，-15℃下所得低温柔性聚合物固态电解质膜电导率的数量级达到10^-4S/cm。

3.根据权利要求1所述的低温柔性聚合物固态电解质膜的制备方法，其特征在于具体步骤为：

步骤S1：取改性聚氯乙烯TPE 2g和锂盐LiTFSI 1g溶于溶剂四氢呋喃中并搅拌混合均匀得到澄清粘稠溶液；

步骤S2：向步骤S1得到的粘稠溶液中加入增塑剂邻苯二甲酸二乙酯DEP 1g，充分搅拌混合均匀得到溶液A；

步骤S3：将无机颗粒LLZO 1.2g与四氢呋喃混合球磨，充分分散后得到混合体系B；

步骤S4：将步骤S3得到的混合体系B加入到步骤S2得到的溶液A中，充分混合均匀后得到分散体系C；

步骤S5：将步骤S4得到的分散体系C在硅油纸上延流成膜，自然晾干后放入真空烘箱中于60℃干燥12h，再从硅油纸上分离得到低温柔性聚合物固态电解质膜。

4.根据权利要求1~3中任意一项所述的方法制得的低温柔性聚合物固态电解质膜在低温固体锂离子电池中的应用，其特征在于具体过程为：将所述低温柔性聚合物固态电解质膜按照需要的尺寸裁剪后贴附于正极片上，再覆盖负极片锂片，然后组装即得低温固体锂离子电池。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于所述正极片的具体制备过程为：将正极材料、导电剂、锂盐和粘结剂按质量比70~90:1~5:4~10:5~15混合后加入到溶剂中，充分分散后得正极浆料，将正极浆料涂布于厚度为10~20μm的铝箔后于100~120℃烘烤即得用于装配低温固态锂离子电池的正极片，所述正极材料为磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂或三元类材料中的一种，所述粘结剂为丁腈橡胶NBR、改性聚氯乙烯TPE、天然橡胶NB、聚偏氟乙烯-六氟丙烯PVDF-HFP或聚偏氟乙烯PVDF中的一种或多种，所述导电剂为导电乙炔黑SP、碳管或石墨烯中的一种或多种，所述溶剂为NMP。