[发明专利]电场诱导取向制备聚合物复合固态电解质的模具及方法

说明书

本发明涉及一种电场诱导取向制备固态聚合物复合电解质的模具，属于锂或钠离子电池固态电解质技术领域，其特征在于，包括下底座，设置为一导电圆盘，其上表面开有一圆槽，其一侧设置有第一电极；水平调节螺母，设置在下底座的底部，用于调节下底座的水平；水平仪，其与下底座相连接；绝缘环、绝缘垫片、平面导电极、上底座；及采用该模具制备固态聚合物复合电解质的方法。通过对无机离子导体部高压电场，无机离子导体在高压电场的作用下发生极化，从而产生力矩使无机离子导体沿电场方向取向；形成快速Li⁺或Na⁺传输通路均具有明显优势，可显著提高电解质的离子电导率，在60℃可达到10^‑4S·cm^‑1量级。

技术领域

本发明涉及锂或钠离子电池固态电解质技术领域，具体涉及一种电场诱导取向制备聚合物复合固态电解质的模具及方法。

背景技术

为了获得高能量密度、安全性和长循环寿命的锂离子电池，全固态离子电池越来越受关注。聚合物固态电解质具有高的安全性、力学柔性、黏弹性、易成膜、形状可调、比重轻、成本低等诸多优点，被认为是下一代高能存储器件用最具潜力的电解质之一。但是，聚合物固态电解质离子电导率低，室温下仅为10^-8～10^-6S·cm^-1，难以实现常温下锂离子电池的应用。无机固态电解质室温离子电导率高，无机陶瓷材料因为其较高的硬度和易碎性通常和电极之间的接触性差，与活性物质之间存在严重的界面问题，商业化难度很大。将聚合物电解质和无机固态电解质进行复合制备复合固态电解质可以集中二者优势，达到改善综合性能的目的。

复合物电解质的离子传导主要发生在无机固态电解质之间以及陶瓷与聚合物的界面。但是在现有技术中由聚合物电解质和无机固态电解质复合制备的复合固态电解质中，无机固态电解质颗粒以无规或不均匀的形式存在。电场比较容易获得，仅需要两个电极和一个电压产生器，并且易于调节，能够被精准控制，是一种经济、可以实现大规模集成处理的外场。电场调控通过控制加工过程中的电场参数以及加工过程中聚合物和无机固态电解质颗粒间的界面的相互作用，无机固态电解质颗粒在交变电场的介电泳作用下形成有序排列的通路，促进离子有效传输，从而提高离子电导率，如现有技术中公布号为CN108365258A的中国发明专利申请公布了具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质及其制备方法，其采用100V～10KV直流电压产生直流电场，利用高电压使聚合物电基质和无机材料颗粒发生极化取向，形成离子通道，从而促进离子传导。

但是，上述现有技术存在下列问题：由于其采用100V～10KV直流电压产生直流电场，而直流电场对无机离子导体与聚合物介质之间界面的电位要求较高，两者差值越大，才具有一定局部效果，如果加载电压太低无效果，加载电压太高容易对基体材料击穿。另外，采用的制备模具设计也影响聚合物电基质和无机材料颗粒，两极板间的间距和加载电压密切相关，距离越大加载电压也大，聚合基质容易击穿；两极板间的间距太小容易短路，但以混合溶液加载电场制备复合聚合物电解质时，溶剂的挥发路径会密切影响复合聚合物电解质离子传导能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种电场诱导取向制备聚合物复合固态电解质的模具及方法，旨在针对目前聚合物固态电解质离子电导率低的问题，提供一种无机固态电解质粒子在交流电场下取向的复合固态电解质材料，目的在于提高固态电解质的离子电导率，改善界面问题，为全固态电池的制备奠定基础。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：电场诱导取向制备固态聚合物复合电解质的模具，其特征在于，包括

下底座，设置为一导电圆盘，其上表面开有一圆槽，其一侧设置有第一电极；

水平调节螺母，设置在下底座的底部，用于调节下底座的水平；

水平仪，其与下底座相连接；

绝缘环，设置在所述圆槽内，且绝缘环的外径同圆槽的内径，绝缘环的厚度不小于圆槽的深度；