[发明专利]一种锂电池复合固态电解质膜及其制备方法

说明书

本发明公开一种锂电池复合固态电解质膜及其制备方法。本发明首先制备交联聚己二酸对苯二甲酸丁二酯和硫化物固体电解质；然后将交联聚己二酸对苯二甲酸丁二酯和硫化物高混，双螺杆造粒，再吹塑成膜得到锂电池复合固态电解质膜，它同时具有柔性好、强度高、韧性好、离子电导率高和热稳定性好的优势，应用于锂电池固态电解质。同时其生产过程简单，可以实现大规模生产，降低成本。

技术领域

本发明属于锂电池材料领域，涉及一种锂电池复合固态电解质膜及其制备方法。

背景技术

目前使用的二次电池主要有镍氢电池、铅酸电池和锂离子电池。其中锂离子电池最符合环保要求，且具有高比能量、高比功率、长循环寿命和低自放电率等优异的电化学性能，被广泛用于便携式电子设备、电动和混合动力汽车等领域。

目前锂离子电池系统多用含有易燃有机溶剂的液体电解液作为电解质。当出现局部短路或过充电等异常情况时，电解液会在高温下失效、体积膨胀，严重时会有自燃、爆炸的危险，存在巨大的安全隐患。用固体电解质代替易燃液体电解质组装全固态电池，是解决锂离子电池安全问题的有效途径。

固态电解质分为三大类：氧化物电解质、硫化物电解质和聚合物电解质。采用这三种电解质的纯物质作为固态电池的隔膜层都有各自的问题，氧化物可以制备成致密的陶瓷片，但因为脆性大而不能制备出实用的薄膜，且其室温离子电导率低；硫化物的室温离子电导率高，但无法制备出致密的薄膜；聚合物虽然易于制备成薄膜，但强度很低容易被锂枝晶刺穿，且不耐高温。所以可以采用复合电解质——耐高压的无机或有机电解质接触正极解决这一问题。但是，目前在世界范围内还没有出现理想的固态电解质膜技术，还没有研制和开发出强度高、韧性好、离子电导率高和具有柔性的固态电解质膜。

发明内容

基于现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种复合固态电解质膜及其制备方法。本发明将交联聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(交联PBAT)与硫化物固体电解质采用高混、吹膜法得到的复合固态电解质膜同时具有柔性好、强度高、韧性好、离子电导率高和热稳定性好的优势，可以应用于锂电池固态电解质。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种锂电池复合固态电解质膜的制备方法，其特征，包括如下步骤：

(1)制备交联聚己二酸对苯二甲酸丁二酯；

(2)制备硫化物固体电解质；

(3)将交联聚己二酸对苯二甲酸丁二酯和硫化物固体电解质高混，双螺杆造粒；

(4)将步骤(3)造粒后的交联聚己二酸对苯二甲酸丁二酯和硫化物粒吹塑成膜，得到锂电池复合固态电解质膜。

进一步的，步骤(1)中制备交联聚己二酸对苯二甲酸丁二酯(PBAT)，其交联剂为3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐(BPDA)，PBAT与3,3’,4,4’-联苯四酸二酐(BPDA)的质量比为100：1-6(优选100：1-3)，将PBAT和3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐(BPDA)放在高混机中高混10-30分钟得交联PBAT。

进一步的，步骤(2)中制备硫化物固体电解质为：将Li、SiO₂、P和S在高混机中高混1-3小时，然后将混合好的粉末在真空石英管中加热至540-560℃(优选550℃)，并缓慢冷却至室温，得到硫化物固体电解质。所述的原材料的元素摩尔比为Li：Si：P：S＝8：1：1：10。所述的Li源为单质Li；所述的Si源为纳米SiO₂；所述的P源为红磷；所述的S源为单质S。

进一步的，步骤(3)中交联聚己二酸对苯二甲酸丁二酯和硫化物固体电解质在高混机中高混20-40分钟，混合后在双螺杆挤出机中造粒，造粒温度135-145℃。交联聚己二酸对苯二甲酸丁二酯和硫化物固体电解质的质量比为20-30：80-70。

进一步的，步骤(4)中吹塑成膜，吹膜温度120-130℃。