[发明专利]一种三维骨架材料混合液、三维复合固体电解质膜、正极片的制备方法及固体锂电池

说明书

本发明涉及固体锂电池技术领域，尤其公开一种三维骨架混合液、三维复合固体电解质膜、正极片的制备方法及固体锂电池。一种三维骨架材料混合液的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将无机固体电解质按量分散在有机溶剂中，原材料质量分数为40‑60%，常温搅拌，得到混合液，往混合液中加入表面活性剂，常温搅拌后静电纺丝处理得到前驱体；步骤二、将静电纺丝前驱体煅烧得到三维骨架材料；将三维骨架材料投入水中搅拌得到悬浊液，继续加入乳液粘合剂，常温下搅拌混合均匀，加入锂盐，常温下搅拌充分混合，得到三维骨架材料混合液。继而制作的三维复合固体电解质膜和正极片，再压制成固体锂电池，有电导率高，循环寿命长的效果。

技术领域

本发明涉及固体锂电池技术领域，尤其涉及一种三维骨架材料混合液、三维复合固体电解质膜、正极片的制备方法及固体锂电池。

背景技术

锂电池在3C电子产品、电动汽车和和分布式储能领域的广泛应用突出提高安全性和能量密度的必要性；由于具有高比容量，锂负极片可显著提高固体锂电池的能量密度，但在液体电解质中循环，在锂金属界面会产生苔藓状或树枝状锂枝晶导致电池短路，因而采用固体电解质替代液体电解质；固体电解质主要分为陶瓷类无机固体电解质和聚合物固体电解质，使用固体电解质的电池主要面临两个问题：第一是陶瓷无机固体电解质过于坚硬，无法与金属锂紧密结合，界面电阻过大，聚合物固体电解质与电极具有良好的界面接触和机械相容性，但锂离子电导性低，将刚性的无机固体电解质作为活性填料添加到柔性聚合物固体电解质中，构建复合固体电解质成为提高固体电解质性能的最有效途径之一；第二是正极片锂离子输运性能差，大多数固体锂电池采用薄极片设计，导致电池实际能量密度降低，因此要优化极片电导率来提高极片厚度。

中国专利CN201810713052.1公开了“一种复合聚合物固体电解质、固态锂电池及其制备方法”，采用新型纳米结构金属有机框架结构填料制备了基于PEO聚合物的复合聚合物固体电解质,提高了聚合物固体电解质的电导率和固态锂电池电化学性能；中国专利CN202010196910.7公开了“具有三维贯穿结构的复合固态电解质和全固态锂离子电池”，利用聚合物电解质形成三维贯穿结构骨架,无机电解质材料填充于所述三维贯穿结构骨架中，制备了具有较高锂离子电导率和机械强度的复合固态电解质；中国专利CN201980054121.5公开了“包含LiCB-9H-(10)的高温相的离子导体及其制造方法、和包含该离子导体的全固体电池用固体电解质”，优化条件合成离子导体，提高了全固体电池的电化学性能。

但是，聚合物固体电解质和正极片的低锂离子电导率，限制了高能量密度全固体电池的开发和使用，因此同时优化聚合物固体电解质和正极片的锂离子传输性能，对于设计厚极片和大容量全固体锂电池具有关键作用，现有技术方案不够全面，存在一定的技术局限性。

发明内容

针对现有技术方案电导率还有较大的改良空间，本发明提供一种高电导率的三维复合固体电解质膜，能有效提高电解质膜的电导率；本发明的另一目的提供一种高电导率的正极片，能提高锂离子传输性能；本发明另一目的提供一种高电导率的固体锂电池，用厚正极片和三维复合固体电解质膜提高锂离子传输性能，有效提高固体锂电池的电导率。

本发明由以下方案实现：

一种三维骨架材料混合液的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将无机固体电解质按量分散在有机溶剂中，原材料质量分数为40-60％，常温搅拌，得到混合液，往混合液中加入表面活性剂，常温搅拌后静电纺丝处理得到前驱体；

步骤二、将静电纺丝前驱体煅烧得到三维骨架材料；将三维骨架材料投入水中搅拌得到悬浊液，继续加入乳液粘合剂，常温下搅拌混合均匀，加入锂盐，常温下搅拌充分混合，得到三维骨架材料混合液。

三维骨架材料混合液是为了提供三维骨架材料给聚合物固体电解质，在聚合物固体电解质中形成三维导电网络，起到增强固体电解质电导率，改良机械强度的作用。