[发明专利]一种陶瓷基复合固态电解质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种陶瓷基复合固态电解质的制备方法，其特征在于：具体制备方法如下：包括凝胶电解质的制备、陶瓷基电解质的制备以及陶瓷基复合电解质的制备，其中，凝胶电解质的制备，将丙烯酸酯材料、交联剂以及电解液混和在一起，搅拌均匀；向上述混合液中加入引发剂，加入后搅拌均匀；步骤二：陶瓷基电解质的制备将粘结剂与N‑甲基吡咯烷酮溶剂按照质量比1:10‑20的比例配成溶液；按照计量比称取快离子导体和锂盐加入上述溶液中，经过搅拌、超声等，获得分散均匀的浆料；将上述浆料均匀涂布到玻璃板上，在30‑60℃干燥24h，然后真空50℃‑60℃干燥24h，即可得到厚度10‑150μm的电解质膜。

技术领域

本发明涉及锂电池的固态电解质，涉及了一种陶瓷基复合固态电解质，还涉及一种陶瓷基复合固态电解质的制备方法。

背景技术

目前锂离子电池普遍采用LiPF₆的碳酸酯溶液作为有机液态电解质。由于此类电池中含有易挥发的易燃性液态有机物，因而存在着火、爆炸等安全隐患。凝胶电解质具有与液态电解质相似的离子电导率，而且与正负极具有较高的界面兼容性，相对液态电解质安全性高，但是不能根除安全隐患。

在固态电解质材料中，主要包括聚合物固态电解质和无机固态电解质两类。其中聚合物固态电解质以有机聚合物和锂盐的络合组成，而无机固态电解质以无机快离子导体组成。

聚合物固态电解质具有热稳定性好,安全性能高，电解质对锂稳定性较高，循环性能较好；但是，聚合物电解质润湿电极能力差，锂离子导电率较低，界面处化学反应等问题限制了聚合物固态电解质应用。无机固态电解质具有锂离子电导率高、电化学窗口宽、良好的热稳定性、稳定的界面性质，但是固态电解质制备难度大，差的界面接触性，机械性能差，以及电池循环过程中的体积效应引起的电池性能衰减等问题制约无机固态电解质的发展。

因此，需要寻求一种新物质兼顾凝胶电解质，聚合物电解质以及无机固态电解质的的优势，同时最大程度避免对应的缺点。

发明内容

本发明的目的是：针对上述不足，提供一种陶瓷基复合固态电解质及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种陶瓷基复合固态电解质，此复合固态电解质包括快离子导体、粘结剂、锂盐以及凝胶电解质，其厚度为10-150μm，室温离子电导率为1*10^-4S/cm～1*10^-3S/cm，电化学窗口大于5.0V。

快离子导体包括Li7La3Zr2O12(LLZO)，LixLa2/3-xTiO3(LLTO)，Li1+xAlxTi2-x(PO4)3(LATP)，LiAlO2(LAO)，Li7-xLa3Zr2-xMxO12(M＝Ta,Nb)(0.25﹤x﹤2)(LLZMO)，Li7+xGexP3-xS11(LGPS)，xLi2S·(100-x)P2S5(LPS)中的一种或几种，快离子导体在复合固态电解质中占的质量比例为60-90％。

粘结剂为聚偏氟乙烯，聚偏氟乙烯-六氟丙烯，聚四氟乙烯中的一种或几种，粘结剂在复合固态电解质中占的质量比例为3-10％。

锂盐包含高氯酸锂，三氟甲基磺酸锂，双(三氟甲基磺酸)亚胺锂，三(三氟甲基磺酸)甲基锂中的一种或者几种，锂盐在复合固态电解质中占的质量比例为10-30％。

凝胶电解质包含丙烯酸酯材料、电解液、交联剂以及引发剂，凝胶电解质在复合固态电解质中占的质量比例为2-10％；

丙烯酸酯的通用结构式为：

其中，R1为:-(CHm₁Xm₂Ym₃)n；R2为-(CHm₁Xm₂Ym₃)n；