[发明专利]一种超薄陶瓷基复合固态电解质膜及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种超薄陶瓷基复合固态电解质膜及其制备方法和应用。本发明提供了一种超薄陶瓷基复合固态电解质膜，以超薄聚合物网膜作为载体，以氧化物陶瓷电解质作为固态电解质的主体材料，所得到的超薄陶瓷基复合固态电解质膜厚度薄且阻抗小，提高了固态电池的循环稳定性；同时所提供的超薄陶瓷基复合固态电解质膜保持了良好的力学性能和柔韧性。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种超薄陶瓷基复合固态电解质膜及其制备方法和应用。

背景技术

随着人类社会的不断发展，能源和环境问题已经成为当前人们最为关注的问题。新能源的转化、储存和利用是各国科技发展水平的重要体现。锂离子电池做为目前重要的能量储存介质，能够实现化学能和电能之间的高效转化。其具有能量密度高、功率密度高、循环寿命长、无记忆效应等优势，已经被广泛应用在便携式移动设备、电动汽车、航空航天等领域。锂离子电池的工作原理是锂离子在电池正负极之间经过电解质的传输做可逆的嵌入与脱嵌，同时外电路中的电子实现正反方向的迁移实现充电和放电。在这个过程中，电解质作为锂离子传输的介质，起到十分关键的作用。目前，传统的商用锂离子电池使用的是以碳酸酯类为代表的液态有机电解液，虽然其离子电导率高，与电极的润湿性也较好，但是在电池发生热失控时，液态有机电解液极易被引燃并引发燃烧甚至爆炸。因此，要想从根本上解决锂离子电池的安全性问题，需要研究开发更安全的电解质体系来代替易燃的液态有机电解液。

以氧化物陶瓷为代表的无机固态电解质具有化学性质稳定，不可燃，无挥发泄露，以及环境耐受性较好的优势，可以从根本上解决锂离子电池的安全性问题。但是目前现有的氧化物固态电解质离子电导率不够高，而且经过烧结工艺制得的固态电解质片质地较脆，须达到一定厚度(数百微米)才能保证工作过程中的完整无损不易破坏，这就使得整个电解质内部的阻抗非常大，严重影响固态电池的电化学性能。

发明内容

本发明提供了一种超薄陶瓷基复合固态电解质膜及其制备方法和应用，本发明提供的超薄陶瓷基复合固态电解质膜厚度小，电导率高且阻抗小，使得固态电池具有优异的循环稳定性；同时保持了良好的力学性能和柔韧性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种超薄陶瓷基复合固态电解质膜，包括超薄聚合物网膜和通过聚偏氟乙烯粘结于所述超薄聚合物网膜上的固态电解质，所述固态电解质包括氧化物陶瓷电解质。

优选的，所述氧化物陶瓷电解质包括磷酸钛铝锂、磷酸锗铝锂和钛酸镧锂中的一种或几种。

优选的，所述氧化物陶瓷电解质与聚偏氟乙烯的质量比为9～49：1。

优选的，所述超薄聚合物网膜包括纤维素网膜、尼龙网膜和对苯二甲酸乙二醇酯网膜中的一种或几种；

所述超薄聚合物网膜的厚度≤20μm。

本发明还提供了上述技术方案所述的超薄陶瓷基复合固态电解质膜的制备方法，包括以下步骤：

将氧化物陶瓷电解质、聚偏氟乙烯和N,N-二甲基甲酰胺混合得到均质浆料；

将所述均质浆料涂覆在超薄聚合物网膜上，干燥得到复合电解质膜；

将交联剂、增塑剂、锂盐和引发剂混合，得到均质溶液；

将所述均质溶液和复合电解质膜混合，加热得到超薄陶瓷基复合固态电解质膜。

优选的，所述复合电解质膜中氧化物陶瓷电解质的质量百分比为70～85％。

优选的，所述交联剂包括脂类交联剂；

所述增塑剂包括氟代碳酸乙烯酯；

所述锂盐包括有机锂盐；

所述引发剂包括偶氮二异丁腈。