[发明专利]一种基于表面缺陷二氧化钛的复合固态电解质膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于表面缺陷二氧化钛的复合固态电解质膜及其制备方法和应用。该复合固态电解质膜包括聚氧化乙烯、具有表面缺陷的二氧化钛纳米棒、锂盐。本发明将表面具有氧空位缺陷的二氧化钛纳米棒作为固态电解质膜的填充材料，其表面的氧空位可提供活性位点吸附锂盐的阴离子，促进锂盐的解离，进而增加固态电解质的锂离子浓度；二氧化钛纳米棒的一维结构可以提供连续的离子传导通道。所得复合固态电解质膜具备高锂离子电导、宽电化学窗口和高热稳定性的特点，应用于锂离子全固态电池具有较高的容量和优异的稳定性。

技术领域

本发明涉及固态电解质材料技术领域，具体涉及一种基于表面缺陷二氧化钛的复合固态电解质膜及其制备方法和应用。

背景技术

由于锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长等优点，目前已经广泛应用于手机、电动汽车等领域。但由于锂离子电池的电解液主要由有机溶剂组成，存在有毒、易燃、热稳定性差等问题，易使得锂离子电池产生严重的锂枝晶生长和电极界面副反应，从而导致电池发热甚至爆炸。而固态电解质具有不可燃、无腐蚀、不挥发、不漏液等优点，同时也可克服电池锂枝晶现象，使得电池自燃和爆炸概率会大大降低。

固态电解质大体上可以分为有机聚合物固态电解质和无机固态电解质。无机固态电解质因其离子导电率高，热稳定性高，电化学稳定性好的特点，受到人们的关注。但由于无机固态电解质没有柔性，锂离子在界面接触受阻，因此界面问题限制了其的应用发展。而聚合物电固态解质因其具有较好的柔性，界面接触好，成本低等特点，也受到了广泛的关注。但聚合物固态电解质具有离子导电率较低，机械强度较低等不足，其产业化和实际应用面临巨大挑战。

针对聚合物固态电解质离子导电率低和机械强度低的特点，研究人员将无机填充料加入聚合物电解质中，构建复合固态电解质。一方面，无机填充料能打破聚合物的有序结构，降低聚合物的结晶度，提高聚合物分子的链段运动能力，提高离子导电率；另一方面，无机填料与锂盐具有路易斯酸碱作用，促进锂盐解离，提高锂离子浓度和迁移数，提高离子导电率。同时无机填料的加入，能增强聚合物固态电解质的机械强度，抑制锂枝晶的生长。但目前所使用的无机填充料表面与锂盐的路易斯酸碱作用有限，且无机填充料一般为纳米颗粒，对电解质的机械强度提升有限，所获得的复合固态电解质的室温离子电导率提高程度有限，仍不能满足电解质的高机械性能、高离子电导率和宽电化学窗口的要求。

因此，如何制备一种离子电导率高和机械性能强的复合固态电解质膜，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于表面缺陷二氧化钛的复合固态电解质膜及其制备方法和应用，该复合固态电解质膜具备高锂离子电导、宽电化学窗口和高热稳定性的特点，应用于锂离子全固态电池具有较高的容量和优异的稳定性。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种基于表面缺陷二氧化钛的复合固态电解质膜，包括：二氧化钛、聚合物、锂盐。

进一步地，所述二氧化钛为表面具有氧空位缺陷的二氧化钛纳米棒，直径为50～200nm，长度为500nm～5μm。

进一步地，所述聚合物为聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚乙酸乙烯酯(PVAC)中的至少一种。

进一步地，所述的复合固态电解质膜，其特征在于：所述锂盐包括高氯酸锂(LiClO₄)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)和六氟磷酸锂(LiPF₆)中的至少一种。

进一步地，所述复合固态电解质膜的厚度为25～150μm。

本发明第二方面提供一种基于表面缺陷二氧化钛的复合固态电解质膜的制备方法，包括以下步骤：