[发明专利]一种应用于全固态锂电池的固态陶瓷电解质膜的制备方法

说明书

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种应用于全固态锂电池的固态陶瓷电解质膜的制备方法，其包括如下步骤：将制备好的电解质粉体进行球磨过筛，然后依次加入分散剂，增塑剂，粘结剂等进行球磨以获得均匀的流延浆料；将其进行流延，控制刮刀高度在5μm‑1mm，得到流延膜；将室温干燥后的流延膜进行叠层热压，得到素胚；将素胚置于马弗炉分段升温烧结，最终得到致密陶瓷电解质膜。本发明采用的水基流延成型工艺使用水作为唯一溶剂，安全、绿色、环保，浆料的稳定性好，制得的陶瓷电解质膜具有优异的烧结能力、离子电导率和力学性能；工艺简单，且生产成本较低，容易实现大规模生产，可用于固态锂电池、燃料电池技术等领域。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种应用于全固态锂电池的固态陶瓷电解质膜的制备方法。

背景技术

近年来，由于电动汽车的发展，人类生活对大容量储能的需求与日俱增，关于锂电池的研究再次引发热潮。安全性高、功率高、容量大以及循环寿命长的二次锂电池成为锂电池发展的新方向。经过多年发展，锂离子电池的输出电压和能量密度明显高于其它类型的电池。锂电池除了要满足最基本的长续航能力和大功率充放电的需求外，电池的安全性也尤为重要。目前商用的锂离子电池由于存在有机电解液易燃、容易产生锂枝晶等问题，一旦电池发生短路，其内部会放出大量的热，从而使有机电解液燃烧并引发严重的安全事故。为了提升锂电池的安全性并进一步拓展其应用场景，迫切需要开发具有良好安全性、高倍率性能、长循环寿命的锂电池。基于固态电解质的全固态锂电池有望解决传统液态锂离子电池存在的安全性问题。与传统液态锂离子电池相比，全固态电池最突出的优点是高安全性和高能量密度。因此，固态电解质成为了科研人员研究锂离子电池的首选目标。

NASICON型锂离子电解质，结构简式为LiA₂(PO₄)₃，其中A为Ti⁴⁺、Zr⁴⁺、Ge⁴⁺、Hf⁴⁺、Sn⁴⁺等四价阳离子，其骨架结构是由AO₆八面体与PO₄四面体共同形成，每个AO₆八面体与6个PO₄四面体相连接，每个PO₄四面体与4个AO₆八面体相连接，这些多面体通过相互接触的顶角氧原子相连，组成三维交错的骨架结构，形成利于Li⁺传输的离子传输通道，在不改变晶相结构的前提下使用低价的阳离子(如Al、Ga、In、Sc、Y、La、Cr、Fe、Zn、Ca等)取代部分的A⁴⁺，一方面可以改变离子传输通道的大小使其与Li⁺半径大小匹配，另一方面由于电荷平衡可以引入更多可迁移的Li⁺，从而在两方面提高材料的离子电导率。在这些材料中，磷酸钛铝锂(LATP)、磷酸锆铝锂(LAZP)和磷酸锗铝锂(LAGP)的性能最为突出。

目前，陶瓷电解质材料常见的成型方法有等离子喷涂法、溅射法、冷热压法、流延法等，其中流延法因适用于商业化大规模生产而被广泛应用。流延工艺包括水基和非水基流延两种。非水基流延制备的膜片结构均匀，柔韧性好，已在工业生产中应用多年。但是，非水基流延过程需使用大量有毒的有机物作为溶剂，生产成本高，排放后造成环境污染，有害人体健康。与此相比，水基流延采用水作为唯一溶剂，成本低，无污染，便于工业化生产。因此，研究以水作为溶剂代替有机溶剂的流延技术已经成为未来的趋势。

发明内容

为了解决现有的有机流延浆料不环保、高成本问题，本发明公开了一种应用于全固态锂电池的固态陶瓷电解质膜的制备方法。

为了达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现的：一种应用于全固态锂电池的固态陶瓷电解质膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

Step1：制备水基流延浆料；

Step2：流延；

Step3：热压；