[发明专利]一种三维骨架结构陶瓷-聚合物复合固态电解质及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种三维骨架结构陶瓷-聚合物复合固态电解质，其特征在于，所述三维骨架结构陶瓷为锂镧钛氧陶瓷LLTO，所述聚合物包括LiTFSI和PVDF-HFP。

2.根据权利要求1所述的三维骨架结构陶瓷-聚合物复合固态电解质，其特征在于，所述锂镧钛氧陶瓷LLTO的化学组成为Li_3xLa_2/3-xTiO₃，0x0.16，x为重量含量；聚合物的化学组成为yLiTFSI+(1-y)PVDF-HFP，0y0.5，y为重量含量。

3.一种制备权利要求1或2所述的三维骨架结构陶瓷-聚合物复合固态电解质的方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)通过溶胶凝胶法制备LLTO陶瓷前驱体浆料；所述LLTO陶瓷前驱体浆料为包括Ti(C₄H₉O)₄溶液、LiAc和La(Ac)₃混合溶液和有机聚合物的透明溶胶；

(2)将步骤(1)获得的LLTO陶瓷前驱体浆料利用静电纺丝法制备得到具有三维网络结构的LLTO陶瓷前驱体纤维；所述LLTO陶瓷前驱体纤维为具有三维骨架结构的LLTO陶瓷前驱体和有机聚合物的复合纤维；

(3)将步骤(2)获得的LLTO陶瓷前驱体纤维进行退火和烧结，制得LLTO陶瓷三维骨架结构；

(4)将溶解有双三氟甲基磺酰亚胺锂和聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)的聚合物溶胶浇注在LLTO陶瓷三维骨架结构，真空干燥，得到三维骨架结构陶瓷-聚合物复合固态电解质。

4.根据权利要求3所述的三维骨架结构陶瓷-聚合物复合固态电解质的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，通过溶胶凝胶法制备LLTO陶瓷前驱体浆料的方法为：将Ti(C₄H₉O)₄溶于乙二醇甲醚和乙酰丙酮的混合液中，得到Ti(C₄H₉O)₄溶液；将LiAc和La(Ac)₃溶于水和CH₃COOH的混合液中，得到LiAc和La(Ac)₃混合溶液；将Ti(C₄H₉O)₄溶液和LiAc和La(Ac)₃混合溶液混合，同时加入有机聚合物聚乙烯吡咯烷酮和聚醚多元醇，得到混合凝胶；将混合溶胶置于水浴中搅拌加热，陈化，获得的乳白色透明溶胶为LLTO前驱体浆料。

5.根据权利要求4所述的三维骨架结构陶瓷-聚合物复合固态电解质的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，每40mL的LLTO前驱体浆料中PVP的用量为1.5g～3.0g，聚醚F127的用量为0.4g～1.2g。

6.根据权利要求3所述的三维骨架结构陶瓷-聚合物复合固态电解质的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述静电纺丝的方法为：用注射器将前驱体溶胶按设定速率稳定注出；注出的溶胶在针口处形成泰勒锥；泰勒锥中聚合物溶胶在电场作用下，经拉伸和强光照射干燥，纺成丝并固化在收集基板上，制备得到具有三维网络结构的LLTO陶瓷前驱体纤维。

7.根据权利要求6所述的三维骨架结构陶瓷-聚合物复合固态电解质的制备方法，其特征在于，所述注射器针口与铁丝网收集基板间的距离为5cm～20cm；注射器针口与铁丝网收集基板间的电压为15kV～25kV。

8.根据权利要求3所述的三维骨架结构陶瓷-聚合物复合固态电解质的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，将LLTO陶瓷前驱体纤维在空气气氛中退火，退火温度为500℃～600℃，并在800℃～1100℃进行烧结。

9.一种权利要求1-8任一所述的三维骨架结构陶瓷-聚合物复合固态电解质在锂离子电池、锂硫电池和锂空气电池中的应用。