[发明专利]一种高性能聚合物/无机陶瓷复合固态电解质的制备方法

说明书

一种高性能聚合物/无机陶瓷复合固态电解质的制备方法，它涉及一种复合固态电解质的制备方法。本发明的目的是要解决现有纯无机固态电解质的机械强度低，与电极材料之间又会引入界面问题和室温下离子电导率和离子迁移数较低的问题。方法：一、制备PDA@LLZTO粉末；二、制备复合固态电解质。高性能聚合物/无机陶瓷复合固态电解质具有很高的离子导电性，在0.1C倍率下该LiFePO4/PPPL‑10/Li电池最高容量可达到164.2mAh g^‑1，100圈循环后容量仍保持在157.8mA h g^‑1容量保持率高达96.1％。本发明提供的复合电解质膜具有实际意义。本发明可获得一种高性能聚合物/无机陶瓷复合固态电解质。

技术领域

本发明涉及一种复合固态电解质的制备方法。

背景技术

锂离子电池因其高能量密度和长循环寿命，成为继镉镍电池，氢镍电池之后的第三代储能电源。主要用于风力、水力、火力和太阳能发电等能源存储系统，以及电动汽车、电动自行车、军事装备和航空航天等领域。随着锂离子电池技术的日益成熟，锂电池组技术已在微小卫星，高轨道卫星，深空探测领域取得广泛应用。然而传统的锂离子电池一直存在安全隐患，例如电解液的泄露和不可控的副反应，以及有副反应引起的电池异常升温、隔膜收缩进而引起电池短路、燃烧和爆炸。因此开发具有优异热稳定性和高机械强度的安全阳极和阴极分离器势在必行。

近年来用固态电解质替换传统的液体电解液和隔膜被视为解决以上问题的最有效方法，它不仅可以解决锂电池的安全隐患还可以提高电池的能量密度。固态电解质包括氧化物固态电解质，硫化物固态电解质和聚合物固态电解质等。其中无机固态电解质被证实其离子迁移数接近1，具有超高的离子电导率。但纯无机固态电解质与电极材料之间又会引入界面问题。界面不相容性限制了其在锂金属电池中的应用。聚合物固态电解质，如poly(ethylene oxide)(PEO)、poly(vinylidene fluoride)(PVDF)和poly(vinyl alcohol)(PVA)等聚合物电解质具有较高的柔韧性、良好的粘弹性和易加工性能。但室温下离子电导率(σ)和离子迁移数(t)较低(σ10^-6S·cm^-1,t≈0.2-0.4)。

发明内容

本发明的目的是要解决现有纯无机固态电解质的机械强度低，与电极材料之间又会引入界面问题和室温下离子电导率和离子迁移数较低的问题，而提供一种高性能聚合物/无机陶瓷复合固态电解质的制备方法。

一种高性能聚合物/无机陶瓷复合固态电解质的制备方法，是按以下步骤完成的：

一、制备PDA@LLZTO粉末：

①、将Tris和盐酸多巴胺溶解到甲醇中，然后加入LLZTO粉末，室温下，在空气气氛中连续搅拌，得到反应产物；

②、使用甲醇对反应产物进行清洗，再放入真空干燥箱中干燥，得到PDA@LLZTO粉末；

二、制备复合固态电解质：

①、将(聚偏氟乙烯-六氟丙烯)共聚物和聚丙烯腈加入到N,N-二甲基甲酰胺中，再在40℃～45℃下搅拌反应，得到混合溶液；

②、将双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂和PDA@LLZTO粉末加入到混合溶液中，在40℃～45℃下搅拌反应，得到均匀分散的溶液；在手套箱中将均匀分散的溶液倒入聚四氟乙烯模具中，再静置，静置后首先使用加热板在45℃～55℃下干燥，再在60℃～80℃下干燥，得到含有PDA@LLZTO粉末的CSE薄膜，即为高性能聚合物/无机陶瓷复合固态电解质。

本发明的原理：