[发明专利]一种高陶瓷含量复合固体电解质及其制备方法

说明书

本发明涉及电化学储能领域，具体是指一种高陶瓷含量复合固体电解质及其制备方法。该复合固体电解质的成分为钙钛矿型固体电解质LLTO、PAN和锂盐，其中LLTO的质量分数在60～85％之间。其制备方法包括以下步骤：首先制备平均粒径为0.01～50μm的LLTO粉末；然后将该LLTO粉末与PAN及锂盐混合，并加入N,N‑二甲基甲酰胺溶剂，球磨(或搅拌或超声)得到浆料；最后采用流延成型法将所得的浆料涂在洁净的玻璃板上，再置于真空干燥箱加热干燥，即得该复合固体电解质。本发明的复合固体电解质具有锂离子电导率高(0.1～5mScm^‑1)、柔韧性好以及制备方法简单等优点，适用于锂离子电池、液流电池等领域。

技术领域

本发明涉及电化学储能领域，具体是指一种高陶瓷含量复合固体电解质及其制备方法。

背景技术

近年来，随着便携电子设备以及电动汽车的快速发展，高能量密度、高安全性的新一代电池成为迫切的需求。锂金属电池由于其高能量密度，近年来引起了学术界和工业界的广泛关注。传统的锂离子电池通常使用液态电解液，而锂金属与液态反应形成不稳定的固态电解质界面膜，一方面该反应会不断消耗电解液，另一方面，锂金属枝晶的生长会导致电池短路，引发安全问题。采用不可燃且具有高剪切模量的固态电解质取代液态是实现锂金属电池并其解决安全问题的有效途径。

固体电解质通常可以分为三类：无机固体电解质(陶瓷类)、聚合物固体电解质以及复合固体电解质(陶瓷与聚合物的复合材料)。通常无机固体电解质具有较高的离子电导率(10^-3～10^-4Scm^-1)，但是其脆性严重限制了其应用。相反聚合物固体电解质具有很好的柔性，但离子电导率太低(10^-6～10^-8S cm^-1)。而复合固体电解质能兼有陶瓷和聚合物的优点，具有宽广的应用前景。虽然很有潜力，但是目前的复合固体电解质离子电导率一般达不到实用的标准(10^-4S cm^-1)。更重要的是，现有的复合固体电解质的由于其陶瓷含量太低(一般质量分数50％)，剪切模量较低，达不到抑制锂金属枝晶的作用。

因此，有必要对现有的复合固态电解质及其制备方法进行改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种高陶瓷含量复合固体电解质及其制备方法，该复合固体电解质具有高的锂离子电导率和良好的柔韧性。其制备工艺简单易控，可操作性强。

本发明的技术方案是：

一种高陶瓷含量复合固体电解质，该复合固体电解质的成分为陶瓷、聚合物和锂盐，该复合固体电解质中陶瓷含量为60～85wt％。

所述的高陶瓷含量复合固体电解质，该复合固体电解质中所用的陶瓷为钙钛矿型固体电解质x的取值为0.01～0.6。

所述的高陶瓷含量复合固体电解质，聚合物为聚丙烯腈(PAN)。

所述的高陶瓷含量复合固体电解质，锂盐采用高氯酸锂(LiClO₄)、双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)或其他锂盐。

所述的高陶瓷含量复合固体电解质，聚合物与锂盐的质量比为1:0.01～1:10。

所述的高陶瓷含量复合固体电解质的制备方法，具体步骤如下：

(1)采用高温固相法制备LLTO粉末；

(2)取步骤(1)所制得的LLTO粉末与聚丙烯腈(PAN)以及锂盐混合，再加入N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂之后，采用球磨、搅拌、超声之一或任意组合，得到复合固体电解质的前驱体浆料；

(3)采用流延成型法将步骤(2)所得的浆料涂在洁净的玻璃板上，并置于真空干燥箱加热干燥，即得该高陶瓷含量复合固体电解质。