[发明专利]一种多孔陶瓷支撑的超薄硫化物电解质片、其制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种多孔陶瓷支撑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：将陶瓷制成多孔陶瓷三维骨架；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；将硫化物电解质悬浮液复合至多孔陶瓷三维骨架中，干燥，再加压致密化，得到多孔陶瓷支撑的超薄硫化物电解质片。该方法中硫化物电解质与多孔陶瓷三维骨架形成相互贯通的网络结构，硫化物电解质网络结构赋予了电解质片的高离子电导率，使得到的电解质片具有较高锂离子电导率。多孔陶瓷三维骨架起到支撑增强作用，能够显著提高硫化物电解质片的力学强度，提高了锂枝晶抑制能力。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

本发明属于储能技术领域，尤其涉及一种多孔陶瓷支撑的超薄硫化物电解质片、其制备方法及其应用。

背景技术

随着经济的高速发展，人们的生产生活对能源的依存度不断提高；同时，由于传统的能源对环境造成了明显的压力，各种清洁能源逐渐受到人们的重视。虽然这些清洁能源在电网中占据着重要的位置，且比重逐渐增加；但是，其随机性和间歇性的特点让清洁能源的应用受到了限制。为此，储能技术的应用能够让间歇性、波动性很强的清洁能源变得“可调、可控”，促进新能源的利用，保证新能源电力系统稳定。

主要的储能技术包括化学电池与超级电容器。应用于储能的化学电池主要有锂电池、铅酸电池、氢镍电池等；其中，铅酸电池具有价格优势，技术成熟，是电网中一种主要的储能技术，但其具有较低的比能量和比功率，且在制造过程中存在环境污染；镍镉系列电池效率高，但重金属污染较重；锂电池储能由于具有能量密度高、充放电效率高、安全性高等优势，已经成为了一种重要的电池储能方式；此外，锂电池在各种便携式电子产品与电动汽车中具有较好的应用前景。超级电容器依据双电层原理直接存储电能，充放电过程具有良好的可逆性，可以循环数十万次，超级电容储能的效率为70％～80％。超级电容器具备工作温度范围宽、安全稳定等特点，可向新能源电力系统提供备用能量、改善电网电压变化、提供电动汽车瞬时高功率。

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。商业的锂离子电池主要应用的是有机液体电解质，其易于出现腐蚀电极、泄漏、燃烧，甚至发生爆炸等安全问题，限制了锂离子电池的应用领域；所以，与之相对应的固体电解质已经成为高等学校、科研机构以及企业的研究热门。固体电解质研究最初的主要方向是聚合物固体电解质，且以PEO系列为主。聚合物固体电解质安全性高、能够制备成各种形状，且与已有的电池制造技术相匹配。但是，聚合物固体电解质和电极的界面不稳定、易于结晶、适用温度范围窄以及力学性能不足，导致在局部温度过高时，电池难以安全工作。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多孔陶瓷支撑的超薄硫化物电解质片、其制备方法及其应用，该方法制得的电解质片具有较高的锂离子电导率。

本发明提供了一种多孔陶瓷支撑的超薄硫化物电解质片的制备方法，包括以下步骤：

将陶瓷制成多孔陶瓷三维骨架；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；

将硫化物电解质悬浮液复合至多孔陶瓷三维骨架中，干燥，再加压致密化，得到多孔陶瓷支撑的超薄硫化物电解质片，所述干燥的温度为20～200℃。

优选地，所述陶瓷选自长石、高岭土、粘土、蒙脱土、氧化物陶瓷、硫化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶瓷和硼化物陶瓷中的一种或多种；

所述硫化物电解质粉选自式Ⅰ通式的硫化物固体电解质、式II通式的硫化物固体电解质、式Ⅰ通式的硫化物固体电解质的改性物和式II通式的硫化物固体电解质的改性物中的一种或多种；

所述式Ⅰ与II所示硫化物电解质的改性物质的制备方法优选选自阴阳离子取代、掺杂和空位调控中的一种或多种；