[发明专利]一种核壳结构电纺纳米纤维-陶瓷纳米线基全固态复合电解质制备方法

说明书

本发明公开了一种核壳结构电纺纳米纤维‑陶瓷纳米线的全固态复合电解质及其制备方法，该全固态复合电解质采用具有核壳结构的电纺纳米纤维膜为基体，在其纤维膜的缝隙中填充钆掺杂氧化铈陶瓷纳米线，聚氧化乙烯和双三氟甲烷磺酰亚胺的混合物形成，其中，核壳结构的电纺纳米纤维膜通过对聚偏氟乙烯纺丝溶液和聚氧化乙烯纺丝溶液采用同轴静电纺丝的方法制备而成；该全固态复合电解质具有良好离子电导率、高机械强度和高电化学稳定性，且采用该全固态复合电解质装配形成的锂金属电池具有优异的电化学性能和循环寿命。

技术领域

本发明涉及全固态锂离子电池技术领域，特别涉及一种核壳结构电纺纳米纤维-陶瓷纳米线基全固态复合电解质的用途、基于核壳结构聚偏氟乙烯-聚氧化乙烯复合纳米纤维膜和钆掺杂氧化铈陶瓷纳米线制备的全固态复合电解质及其制备方法。

背景技术

目前，清洁能源成为全球化石能源的重中之重。大多数研究人员将研究目标定为如何建立清洁高效的能源系统。在众多清洁能源中，锂离子电池因其电压高、能量密度高、循环寿命长、电化学窗口宽等优点成为广泛使用的储能装置。然而，传统锂电池不可避免地存在严重的安全隐患。相比之下，全固态锂电池因其显着的安全性和高能量密度优势，成为未来锂电池发展最有前景的方法之一。

固体电解质作为全固态锂电池的重要组成部分，具有阻燃、耐腐蚀、不挥发、不漏液等特点，可以克服液态电解质在加工、安全和使用寿命等方面存在的问题。目前固体电解质的研究主要分为固体聚合物电解质(SPEs)和固体陶瓷电解质(SCEs)。具体而言，SCEs主要包括氧化物电解质和硫化物电解质，它们普遍表现出高模量、优异的离子电导率和优异的电化学稳定性。然而，由于固体陶瓷电解质的核心基础问题，如脆性，加工成本高，以及电极和电解质之间的“固-固”界面接触差，需要系统研究来实现SCEs的工程应用。相比之下，SPE主要是锂盐和聚合物的混合物。它一般具有良好的柔韧性和相对紧密的电极附着力，可以有效适应电池循环过程中电极的体积膨胀，从而实现优异的电解质/电极界面相容性。但室温离子电导率低，较差机械强度和抗氧化性差在一定程度上限制了聚合物电解质的发展。

为了解决SCEs和SPEs的上述问题，有机/无机复合聚合物电解质(CPEs)的开发可以综合利用两者的优点来实现高离子电导率和广泛的电化学稳定性。特别是许多实验研究证明，无机纳米填料的路易斯酸位点等表面基团可以与锂盐的阴离子相互作用，从而促进锂盐的解离释放出游离的锂离子，进而提高锂盐的离子电导率。制备CPE的常用工艺是溶液浇注法，通过这种方法获得的电解质很容易与电极形成紧密的界面，以提高电池内部组件之间的界面相容性。值得注意的是，采用该工艺制备的大多数CPE通常具有优异的柔韧性但机械强度较差，因为聚合物占整个CPE的主要部分。静电纺丝是通过调节纺丝工艺参数，连续制备具有足够机械强度的聚合物基纳米纤维膜的工艺。许多研究已经将一些电纺纤维膜引入聚合物中，以提高复合电解质的机械强度。然而，非锂离子导体纳米纤维的引入可能在一定程度上限制了离子电导率的进一步提高。因此，制备兼具高离子电导率和优异机械强度的电纺纳米纤维可以有效提高固体电解质的性能。

发明内容