[发明专利]以蚕丝织物为牺牲模板制备氧化物型陶瓷织物复合固态电解质的方法

说明书

本发明涉及一种储能体系器件材料的制备方法，特别涉及一种以蚕丝织物为牺牲模板制备氧化物型陶瓷织物复合固态电解质的方法，属于储能体系器件材料制备技术领域。本发明首先配置某种类型的氧化物型陶瓷织物金属离子前驱液；然后，将清洗干净的蚕丝织物浸渍前驱液，经高温煅烧后得到氧化物型陶瓷织物；最后，浇注“聚合物‑导电锂盐”体系的聚合物电解质得到氧化物型陶瓷织物复合固态电解质。该材料可应用于柔性固态锂电池中，具备良好的电化学性能和机械柔性。

技术领域

本发明涉及一种储能体系器件材料的制备方法，特别涉及一种以蚕丝织物为牺牲模板制备氧化物型陶瓷织物复合固态电解质的方法，属于储能体系器件材料制备技术领域。

背景技术

可穿戴电子产品，电动汽车和智能电网的快速发展，需要有高能量密度、高安全性、良好机械柔性的储能器件与之匹配。锂离子电池经过几十年的发展，已经成为当今电子产品的主流储能器件。然而，传统的商业锂离子电池以石墨作为负极，其仅有372 mAh g^-1的理论容量，存在着能量密度低的重大缺陷。此外，电池中使用的有机液态电解质易燃、易泄露，极易造成严重的安全事故。与此同时，刚性电极和集流器以及液态电解质也使得锂离子电池难以实现柔性化，无法满足柔性、可穿戴的市场需求。

针对传统锂离子电池存在的诸多问题，一种有效的解决方案是用固态电解质来取代有机液态电解质。固态电解质不易燃，空气下稳定，在安全性方面，相对于液态电解质有了大幅度提高。此外，固态电解质的使用使得具有最低化学电位（-3.04 V）和最高理论容量（3860 mAh g^-1）的锂金属直接作为负极成为可能。固态电解质目前主要分为两类：有机聚合物固态电解质和无机陶瓷固态电解质。聚合物固态电解质制备简单且机械柔性优良，然而其室温下离子电导率低，电化学稳定窗口窄，难以满足电池的使用要求。陶瓷固态电解质也可细分为硫化物型陶瓷固态电解质和氧化物型陶瓷固态电解质，硫化物电解质室温下锂离子电导率高（10^-2 S cm^-1），然而其室温下及其不稳定，对大批量生产和商业化使用带来了诸多不便。氧化物固态电解质室温下离子电导率较高（10^-4 S cm^-1）且在大气和水中稳定。不幸的是，氧化物陶瓷固态电解质刚性易碎，电极/电解质间存在着高界面电阻，无法满足柔性化的需求。

因此，结合有机和无机两种固态电解质的优势，制备复合固态电解质是一种理想选择。复合固态电解质通常是以无机氧化物陶瓷纳米粒分散于有机聚合物基质来制备。陶瓷纳米粒填充物提高固态电解质整体的离子电导率，而聚合物赋予其机械柔性。然而，复合固态电解质中陶瓷纳米粒填充物的含量仅仅在10-20 wt%，这是因为无机陶瓷与有机聚合物的表面能存在巨大差异，在高浓度陶瓷含量下，陶瓷纳米粒极易发生团聚，严重影响复合固态电解质整体的离子电导率。此外，即使在低浓度陶瓷含量下，由于陶瓷纳米粒彼此分散，无法形成连续的离子传输路径，这也严重影响着复合固态电解质的导离子效果。

发明内容

本发明提供一种用于固态锂电池的氧化物型陶瓷织物复合固态电解质材料。

本发明还提供一种用于固态锂电池的氧化物型陶瓷织物复合固态电解质材料的制备方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种以蚕丝织物为牺牲模板制备氧化物型陶瓷织物复合固态电解质的方法，该方法包括以下步骤：

（1）氧化物型陶瓷固态电解质金属离子前驱液配置：将含氧化物型陶瓷固态电解质的金属离子前驱体盐溶解于适量乙酸-无水乙醇溶液中，并添加适量的异质原子前驱体盐作为掺杂剂，并在室温下搅拌形成均匀溶液；

（2）氧化物型陶瓷织物的制备：

将未经染色的蚕丝织物用去离子水和无水乙醇洗涤、烘干，除去表面杂质；

将清洗过得蚕丝织物浸渍于步骤（1）的前驱液中，搅拌充分后用无水乙醇冲洗、烘干；