[发明专利]一种核壳结构无机复合材料及其制备和应用

说明书

本发明公开一种核壳结构无机复合材料及其制备和应用，具体涉及全固态锂离子电池领域。将正硅酸乙酯‑乙醇溶液与氨水‑乙醇‑水溶液相混合，生成的沉淀经离心、干燥后得到球形结构的SiO₂材料；将上述合成的SiO₂分散到LATP的乙醇前驱液中，水浴加热挥发去乙醇溶剂，残留物经干燥、煅烧后形成SiO₂‑LATP核壳结构的复合材料；按照一定的比例，将SiO₂‑LATP、PEO、LITFSI混合形成电解质浆料，浆料成膜后形成SiO₂‑LATP/PEO/LITFSI复合电解质膜，采用小尺寸填充材料制备的电解质膜电性能较好，室温电导率为6.4×10^‑6S/cm，约为PEO/LITFSI电解质电导率2.5倍左右。

技术领域

本发明涉及全固态锂离子电池技术领域，特别是涉及一种核壳结构无机复合材料及其制备和应用。

背景技术

与液体锂离子电解质相比，固态锂离子电解质具有无泄漏、非可燃性等优点，采用固态电解质替代液体电解质发展全固态电池能从根本上解决液体锂离子电池存在的安全性问题，为电动汽车和规模储能等大型电池领域的发展奠定基础。

固态电解质主要包括无机电解质和聚合物电解质两大类，前者电导率高、电化学窗口宽、热稳定性好，但可塑性差、易碎，组装电池困难，而且电极与电解质界面接触性差；后者具有良好的柔性和可加工性，电极与电解质界面接触良好，适合实际应用，但其电导率低。

针对聚合物电解质存在的问题，需要对其进行改性，提高其性能。改性的途径主要包括两种：一种是对PEO基体进行共聚、接枝、交联、梳形化、超支化等手段进行改性；另一种是在聚合物基体中加入无机颗粒(如沸石、改性的ZrO₂、Al₂O₃、SiO₂和TiO₂等)。第二种改性方法能有效提高电解质的电导率、机械性能及热稳定性及电化学窗口，有利于实现聚合物电解质综合性能的提高。

目前，未见文献报道采用核壳结构的SiO₂/锂离子导体复合材料作为锂离子复合电解质膜的填充材料。

发明内容

本发明提供一种全固态复合电解质无机纳米填充材料、制备方法与复合电解质膜及其制备方法，目的是为了解决PEO基聚合物电解质电导率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种全固态复合电解质无机纳米填充材料，所述填充材料为SiO₂-LATP核壳结构的复合材料，所述核壳结构的复合材料以球形SiO₂材料作为核，以Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃(LATP)锂离子导体作为壳。

优选地，所述核壳结构无机复合材料中LATP包覆量为30wt％，即SiO₂与LATP的质量比为1:0.43。

本发明还提供一种所述的核壳结构无机复合材料的制备方法，将正硅酸乙酯-乙醇溶液与氨水-乙醇-水溶液相混合，生成的沉淀经离心、干燥后得到球形的SiO₂材料；将上述合成的SiO₂分散到LATP的乙醇前驱液中，水浴加热挥发去乙醇溶剂，残留物经干燥、煅烧后形成SiO₂-LATP核壳结构的复合材料。

优选地，在正硅酸乙酯-乙醇溶液中，正硅酸乙酯为2g-8g，乙醇为40mL-80mL。

优选地，氨水-乙醇-水溶液中，无水乙醇、去离子水与氨水的体积比为50-100mL：1-12mL：5-15mL。