[发明专利]一种纤维素膜增强的聚合物固态电解质膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开一种纤维素膜增强的聚合物固态电解质膜及其制备方法与应用。所述纤维素膜增强的聚合物固态电解质膜包括第一聚合物电解质膜、纤维素膜和第二聚合物电解质膜，所述纤维素膜的一部分嵌于所述第一聚合物电解质膜中，所述纤维素膜的另一部分嵌于所述第二聚合物电解质膜中。本发明采用环境友好，材料易得，成本低廉，天然可再生的纤维素膜构建双层超薄耐高压聚合物固态电解质，通过纤维素的增强作用，固态电解质的力学性能得到有效的提高，可以很好的适应工业上卷对卷的制备工艺，有利于批量化生产以及工业化的电池组装。并且，纤维素膜的增强作用进一步提高了固态电解质对锂枝晶的抑制作用，对称电池显示出优异的对锂稳定性。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种纤维素膜增强的聚合物固态电解质膜及其制备方法与应用。

背景技术

随着化石能源的不断开采消耗以及化石能源的燃烧带来的环境污染问题，电动汽车的发展引起社会的广泛关注。商业化的锂离子电池能量密度大多不高于250Wh/kg，难以满足电动汽车以及二次电池能量存储的需求。因此，开发高能量密度电池体系以应对未来能量存储和转换具有重要的实际意义。而随着电池能量密度的提高，电动汽车自燃起火爆炸事故频发使大家对电动汽车望而却步，高能量密度带来的电池安全问题也逐渐受到大家广泛关注，设计得到高安全，高稳定性的电池体系对于储能安全同样具有重要意义。

固态电池相比传统商业化液态电池，由于固态电解质更耐高压故可以匹配更高电压，更高能量密度正极，并且由于固态电解质具有良好机械性能，可以匹配锂金属电池，一定程度阻止锂枝晶的生长，可有效提高固态电池的能量密度、循环稳定性和安全性。

聚合物固态电解质由于其具有柔性好、可与现有锂离子电池生产设备配套、易加工以及与正负极界面相容性好等优点而被广泛的应用在固态电池中，但是其较窄的电化学窗口、较低的离子电导率以及相对较差的力学性能限制了其的商业化应用，如何进一步提高上述性能是促进其商业化的关键问题。

现有技术中，研究者们通过交联、接枝、添加增塑剂方式增强聚合物固态电解质，均取得一定的效果。Zhou等通过在聚合物固态电解质中添加无机固态电解质颗粒增强固态电解质膜的方式提高固态电解质的力学性能，电化学窗口等性能，并取得较好的效果。但是其对于锂枝晶的抑制作用有限，并且在室温下进行循环。Ao等通过在聚合物固态电解质中添加含有大量氧空位的CeO₂纳米线增强聚合物固态电解质，表现出优异的室温循环稳定性，但是所得到的固态电解质不能和三元高镍正极进行匹配。石等通过使用商用的隔膜增强制备三明治结构的聚合物复合固态电解质，很大程度的提高了固态电解质的力学性能以及对锂稳定性，但是其使用电解质单一，无法保证的电解质同时匹配高电压正极以及高还原性金属锂负极。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种纤维素膜增强的聚合物固态电解质膜及其制备方法与应用，旨在解决现有增强聚合物固态电解质的方法制得的固态电解质不能匹配高电压正极以及高还原性金属锂负极的问题。

本发明的技术方案如下：

一种纤维素膜增强的聚合物固态电解质膜的制备方法，其中，所述纤维素膜增强的聚合物固态电解质膜包括第一聚合物电解质膜、纤维素膜和第二聚合物电解质膜，所述纤维素膜的一部分嵌于所述第一聚合物电解质膜中，所述纤维素膜的另一部分嵌于所述第二聚合物电解质膜中；

所述纤维素膜增强的聚合物固态电解质膜的制备方法，包括以下步骤：

分别制备第一聚合物电解质浆料和第二聚合物电解质浆料；

将所述第一聚合物电解质浆料涂敷于基体上；

将纤维素膜覆在所述基体的第一聚合物电解质浆料上，进行干燥；

将所述第二聚合物电解质浆料涂覆于所述基体的纤维素膜上，再次干燥，得到所述纤维素膜增强的聚合物固态电解质膜。