[发明专利]一种高性能固体电解质复合膜的制备方法及应用

说明书

本发明属于电化学技术领域，涉及一种高性能固体电解质复合膜的制备方法及应用，先采用含酚羟基或氨基等官能团的化合物对无机固体电解质粉体进行聚合包覆，然后将包覆后的无机固体电解质粉体与聚合物电解质混合并涂布获得固体电解质复合膜，并以此电解质膜组装固态锂金属电池，通过对固体电解质复合膜中的无机固体电解质颗粒进行聚合包覆，解决了无机颗粒在聚合物基质中的团聚的问题，该方法能够简单、批量化的制备均一、稳定、高性能的固体电解质复合膜，具有很好的产业化应用前景。

技术领域:

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种高性能固体电解质复合膜的制备方法及应用。

背景技术

由于传统化石能源的快速消耗和储量锐减，亟需开发可替代的新型能源。按照我国《节能与新能源汽车技术路线图》，2020年拟开发能量密度为300Wh/kg的纯电动汽车动力电池。目前，使用固体电解质和锂金属的固态锂金属电池因可兼备高能量密度和安全性而备受关注。作为固态锂金属电池的关键材料，固体电解质的开发至关重要。由无机固体电解质填料和聚合物电解质基体组成的复合电解质膜被认为具备广阔的应用前景。然而，现有技术中无机填料在聚合物电解质基体中难以均匀分散，形成大体积的团聚体，影响复合电解质膜的化学/电化学性能，导致固体电解质膜的离子电导率、稳定性、均匀性较差，难以满足实际需要限制其实际应用，例如CN201010222942.6公开了一种电阻快速可调导电聚合物/聚电解质固体复合膜，它是以导电聚合物固体膜作为正极材料，复合有由聚偏氟乙烯(PVDF)、聚碳酸酯(PC)和高氯酸锂(LiClO₄)组成的聚电解质膜的导电聚合物/聚电解质固体复合膜；CN201911384702.3公开了一种高导电率复合固态电解质、其制备方法及原位固态锂电池，将不饱和双键的烯类单体液体或可引发聚合的醚类电解液作为溶剂，加入锂盐、陶瓷型固态电解质和引发剂，混合均匀得到前驱体溶液，加热聚合，得到柔软的薄膜，即为高导电率复合固态电解质；采用高导电率复合固态电解质，裁剪后与电极材料进行组装，并在高导电率复合固态电解质与电极材料之间滴加前驱体溶液封装，加热聚合，得到原位固态锂电池；CN202010095942.8公开了一种固态电解质复合膜及其制备方法和应用，电解质复合膜包括无机纳米纤维膜，以及在无机纳米纤维膜中浇灌的离子导体；离子导体包括聚合物、锂盐和填料，聚合物、锂盐和填料的质量比为(5-6)：(2-3)：(1-2)；上述专利中纳米纤维膜的构筑相对复杂，且未涉及到无机纳米颗粒在聚合物的分散问题。因此，如何实现无机固体电解质颗粒在聚合物集体中的均匀分散，构筑高性能的固体电解质复合膜成为巨大的挑战。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种高性能固体电解质复合膜的制备方法及应用，采用简单的方法实现固体电解质复合膜中无机颗粒的均匀分散，构筑高性能的固体电解质复合膜，实现固态锂电池的产业化生产。

为了实现上述目的，本发明制备高性能固体电解质复合膜的具体过程包括以下步骤：

(1)将无机固体电解质粉体、化合物单体和缓冲剂在溶剂中混合，以200～1000r/min的转速搅拌10分钟获得均匀的混合物，其中无机固体电解质粉体、化合物单体和缓冲剂的质量浓度分别为5～200、2～10和5～30g/L；

(2)在步骤(1)得到的混合物中加入5～50g/L的氧化剂，在200-1000r/min的转速下于室温匀速搅拌0.5～6h，使化合物单体在无机固体电解质粉体表面氧化聚合；

(3)将步骤(2)的反应产物依次进行离心、洗涤、烘干处理，得到包覆的无机固体电解质粉体；

(4)将包覆的无机固体电解质粉体与锂盐、聚合物电解质以及溶剂混合、涂布得到厚度为30～100μm的高性能固体电解质复合膜，其中锂盐和聚合物电解质的质量比为1：2～4；包覆的固体电解质粉体与聚合物电解质的质量比为1：2～10。

本发明步骤(1)中所述机固体电解质粉体为氧化物固体电解质、硫化物固体电解质、卤化物固体电解质中的一种。