[发明专利]一种织物增强的超薄硫化物电解质片、其制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种织物增强的超薄硫化物电解质片及其制备方法和应用，包括以下步骤：将聚合物纺丝制得聚合物织物三维骨架；将硫化物电解质粉分散在溶剂中，得到硫化物电解质悬浮液；将所述硫化物电解质悬浮液复合在聚合物织物三维骨架中，干燥，再加压致密化，得到织物增强的超薄硫化物电解质片。本发明硫化物电解质与聚合物织物骨架形成相互贯通的网络结构；其中，硫化物电解质网络结构作为高离子电导率的主要载体，聚合物织物中的高强度纤维起到支撑增强作用，能够显著提高硫化物电解质片的力学强度，且电解质片厚度较薄。应用在全固态储能器件中，具有较好循环性和较高容量保持率。

技术领域

本发明属于储能领域技术领域，尤其涉及一种织物增强的超薄硫化物电解质片、其制备方法及其应用。

背景技术

随着分布式电网技术的推进，储能技术作为系统中的一个重要组成部分逐渐得到了人们的重视。储能技术在分布式电网中的应用，能够提高能源利用率、降低环境污染、改善系统的热经济性与系统的安全稳定性。当分布式电网中配置了储能设备时，在出现负荷波动时，电网依旧能够维持在一个稳定的输出水平；在发电机组出现故障时，系统中的储能设备就能起过渡的作用。作为储能领域的重要技术，化学电池与超级电容器一直是重要的研究方向。普通电容器由于存储能量过小，所以未能用作电力系统中的储能装置；超级电容器依靠多孔电解质以及极板面积的增加，其存储容量是普通电容器的20～1000倍，且功率密度高、能够迅速充放电；此外，其安全可靠、安装简易，可适应各种不同的环境；但是，现有的超级电容器技术距离产业化还有一定的距离。技术上较为成熟的化学电池是现有的在分布式电网中应用最多的储能技术，主要包括铅酸电池、氢镍电池以及锂离子电池。锂离子电池作为储能领域的新贵，具有高电压平台、自放电小、较高的能量密度，已经成为了一种重要储能方式。

对于化学电池与超级电容器，电解质都是其中的重要技术组成。电解质作为电池的重要组成部分，在正、负极之间起着传输离子的作用，选择合适的电解质能够提高电池的功率密度、能量密度、安全性能。商业的锂离子电池主要应用有机液体电解质，具有可燃性，从而在电池充放电的过程中存在着安全隐患。与有机液体电解质相比，固体电解质具有明显的特点和优势，固体电解质不含液体成分，可以消除由于泄漏造成的安全隐患；在组装电池的过程中，固体电解质可以兼具电解质与隔片的作用，简化了工序，降低了成本；此外，固体电解质的工作温度范围宽、工作电压高、化学稳定性和电化学稳定性好、减少电池的自放电、降低电解质的分解程度，能够明显提高电池的综合性能。

按照组成成分，固体电解质主要可以分为聚合物电解质与陶瓷电解质。聚合物固体电解质的室温锂离子导电率一般较低，应用在电池中还存在困难。陶瓷电解质包括晶态固体电解质与玻璃态固体电解质。晶态固体电解质主要是氧化物结构，它们在室温下的电导率较低，许多材料的导电性有各向异性，对金属锂的稳定性差，在充放电的过程中容易发生不可逆反应，影响电化学稳定性。相对于晶体材料，非晶固体电解质化学组成较为丰富、界面电阻小、离子经过颗粒界面的阻抗较小、可以直接制成薄层、制作过程相对简单，非晶固体电解质主要是硫化物电解质。随着人们对硫化物固体电解质研究的不断深入，硫化物作为固体电解质的电导率不断提高，一些超离子导体的电导率甚至超过了有机液体电解质；其中，硫化物电解质Li_9.54Si_1.74P_1.44S_11.7Cl_0.3的室温离子电导率已经高至25mS/cm。与氧化物电解质相比，硫化物电解质具有一定的可塑性，跟电极之间具有较小的界面接触阻抗，可加工性与应用性较高。综合硫化物电解质较高的离子电导率以及适中的可塑性，被认为是最有前景的固体电解质之一。

由于硫化物电解质的室温离子电导率已经与有机液体电解质基本接近，所以研究硫化物电解质的工业化制备是一个重要的技术方向。传统的硫化物电解质片的片制备技术方法烦琐、效率较低，且所制备的硫化物电解质片面积较小、较厚、较脆、柔韧较差，难以应用在高容量的软包电池产品中，其电池高能量密度的优势难以体现。所以，急需一种能够制备出超薄且力学强度较好的硫化物电解质片的方法。

发明内容