[发明专利]一种复合固态电解质涂层隔膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合固态电解质涂层隔膜及其制备方法。该隔膜的制备方法是将10～40wt％的锂盐加入到碳酸甲乙酯和碳酸二乙烯酯1:4配比的混合液中，再加入0.2～0.6wt％的引发剂和3～10wt％的无机固态电解质及溶解有4wt％PVDF的NMP溶液，通过刮涂的方式将上述复合固态电解质涂覆液均匀的涂覆在聚丙烯基膜上，加热固化，再经水洗后得到复合固态电解质涂层隔膜。本发明得到的复合固态电解质涂层均匀，由其制备的隔膜可以用在CR2032纽扣电池中，大大降低电池内部的界面电阻，提高离子电导率、诱导锂金属的均匀沉积，提高材料本身的弹性模量，避免锂枝晶的穿透，能够满足半固态电池使用。

技术领域

本发明涉及锂离子电池隔膜材料制备领域，具体涉及一种复合固态电解质涂层隔膜及其制备方法。

背景技术

固态锂金属电池因其能量密度高、安全性好等优点成为当下锂二次电池的开发重点，并且受到广泛关注。但目前固态电解质的大规模应用仍然存在很多问题：包括固体电解质界面不稳定、循环性能差、锂枝晶生长等，阻碍了其在汽车和电网中的应用。所以在固态锂金属电池完全替代液态锂离子电池之前，可通过半固态电池进行过渡，即增加固态电解质的使用，减少液态电解液的使用，逐渐向全固态电池进行发展。

半固态电池中隔膜需具有电解液浸润性好、界面稳定、热收缩性能优异、高模量(≥6GPa)(Bingbin,Wang,Shanyu,et al.The role of the solid electrolyteinterphase layer in preventing Li dendrite growth in solid-state batteries[J].Energyenvironmental science:EES,2018,11(7):1803-1810)、离子电导率高等优点。但是目前无论是商业化的聚烯烃隔膜还是固态电解质都不能同时满足上述需求。

因此设计一种能够满足半固态电池使用的隔膜成为非常关键的技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对目前半固态电池中隔膜不能同时满足电解液浸润性好、界面稳定、收缩性能优异、高模量、高电导率等问题，提供一种能够大大降低电池内部的界面电阻，提高离子电导率、诱导锂金属的均匀沉积以及材料本身的高弹性模量，避免锂枝晶的穿透，能够满足半固态电池使用的复合固态电解质涂层隔膜及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明所述的复合固态电解质涂层隔膜的制备方法是将锂盐加入到碳酸甲乙酯和碳酸二乙烯酯的混合液中，再加入引发剂和无机固态电解质及溶解有4wt％PVDF的NMP溶液，通过刮涂的方式将上述复合固态电解质涂覆液均匀的涂覆在聚丙烯基膜上，加热固化，再经水洗后得到复合固态电解质涂层隔膜。该隔膜具体是按照以下步骤进行：

(1)复合固态电解质涂覆液的制备：

首先将碳酸甲乙酯、碳酸二乙烯酯以1：4的重量比混合搅拌成均一的溶液，然后将10～40wt％的锂盐加入到碳酸甲乙酯和碳酸二乙烯酯的混合液中，再向其中加入0.2～0.6wt％的引发剂和3～10wt％的无机固态电解质，最后加入溶解有4wt％PVDF的NMP溶液，即得复合固态电解质涂覆液；

(2)复合固态电解质涂覆隔膜的制备：

将聚丙烯基膜平铺的玻璃板上，通过刮涂的方式将复合固态电解质涂覆液均匀的涂覆在聚丙烯基膜上，然后在80℃烘箱中加热48h，使电解质完全聚合固化，然后在经过2遍水洗，去除残留的NMP溶剂，即得复合固态电解质涂覆隔膜。

作为对本发明的限定，步骤(1)中所述的锂盐为双二氟甲烷磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂、氟化锂、高氯酸锂或四氟硼酸锂。

作为对本发明的限定，步骤(1)中所述的引发剂为2,2’-二偶氮异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二异丙苯、过氧化环己酮或偶氮二异丁酸二甲酯。