[发明专利]一种含无机纳米氧化物颗粒的陶瓷复合固态电解质、制备方法及其应用

权利要求书

1.一种陶瓷复合纳米纤维膜，其特征在于该陶瓷复合纳米纤维膜是采用如下方法制得：

a、将聚偏二氟乙烯、纳米陶瓷颗粒和聚环氧乙烷(PEO)加入N，N-二甲基甲酰胺溶剂中，在30-50℃的温度下充分搅拌后得到均匀混合的静电纺丝前驱液；

纳米陶瓷填料与聚偏二氟乙烯的重量比为1∶0.08-0.25，PEO的添加量为聚偏二氟乙烯重量的4-8％；

b、通过静电纺丝将静电纺丝前驱液制备成纳米纤维膜，在50±10℃真空干燥后得到陶瓷复合纳米纤维膜。

2.根据权利要求1所述的陶瓷复合纳米纤维膜，其特征在于：步骤b中纺丝参数为静电压14-16kV，纺丝距离10-12cm，静电纺丝前驱液的流速为0.6-0.8mL/h，纺丝转鼓转速为220-260rpm。

3.根据权利要求1所述的陶瓷复合纳米纤维膜，其特征在于：步骤a中的聚偏二氟乙烯进行干燥预处理，干燥温度为50-80℃。

4.根据权利要求1所述的陶瓷复合纳米纤维膜，其特征在于：所述纳米陶瓷颗粒的制备方法是：将有机-无机复合固态电解质的金属离子前驱体盐溶解在水中，添加适量异质原子前驱体盐作为掺杂剂，在50-70℃下均匀搅拌至溶解，置150-250℃下干燥，700-900℃下煅烧后得到纳米陶瓷颗粒；所述的金属离子前驱体盐选自Li盐、La盐和Zr盐，异质原子前驱体盐选自Al盐、Nb盐或Ta盐。

5.根据权利要求4所述的陶瓷复合纳米纤维膜，其特征在于：所述纳米陶瓷颗粒的原料配方是：0.0078mol C₆H₈O₇·H₂O，0.007mol LiOH，0.003mol La(NO₃)₃·6H₂O，0.00175molZrO(NO₃)₂·xH₂O，0.00024mol Al(NO₃)₃·9H₂O。

6.一种含无机纳米氧化物颗粒的陶瓷复合固态电解质，其特征在于：该陶瓷复合固态电解质是将权利要求1所述的陶瓷复合纳米纤维膜置于模具上，在膜表面浇筑有机-无机材料混合的电解质溶液，放置6-8h至溶剂完全挥发后，在40-60℃下真空干燥得到。

7.一种含无机纳米氧化物颗粒的陶瓷复合固态电解质的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

S1、有机-无机材料混合的电解质溶液配制：

原料的干燥预处理：选取可制备固态电解质的聚合物、导电锂盐以及纳米氧化物颗粒分别在合适的温度范围内真空干燥后备用；

纳米氧化物颗粒在溶剂中超声处理使其均匀分散，得到混合液A；

向混合液A中加入聚合物和导电锂盐，搅拌至溶解，得到有机-无机材料混合的电解质溶液；

所述纳米氧化物颗粒选自ZnO、TiO₂、SiO₂、Al₂O₃中的一种或多种的混合；纳米氧化物颗粒占全部溶质重量的2-10％；

S2、陶瓷复合固态电解质的制备；

将权利要求1所述的陶瓷复合纳米纤维膜置于聚四氟乙烯板上，在其表面浇筑一层S1得到的有机-无机材料混合的电解质溶液；

待溶剂完全挥发，得到复合固态电解质膜；真空干燥得到含无机纳米氧化物颗粒的陶瓷复合固态电解质。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述的聚合物选自聚环氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)中的一种或多种聚合物的混合物，导电锂盐选自卤化锂(LiX，X＝F，Cl，Br，I)、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、高氯酸锂(LiClO₄)、六氟磷酸锂(LiPF₆)或四氟硼酸锂(LiBF₄)中的一种或几种。