[发明专利]氧化物固态电解质分散液及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种氧化物固态电解质分散液及其制备方法和应用，该分散液由无机氧化物固态电解质、分散剂和水组成；所述无机氧化物固态电解质在水中分散后pH值为11‑14；所述分散剂选自阴离子型聚合物和/或聚磷酸盐，阴离子型聚合物由至少一种单体聚合而成；所述分散液的重分散率R≤12%。该分散液避免高pH值无机氧化物固态电解质颗粒由于锂氢交换反应导致的易团聚、难研磨等缺陷，提高了分散液的分散性、稳定性和一致性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种氧化物固态电解质分散液、一种氧化物固态电解质分散液的制备方法及其应用。

背景技术

为了提高锂离子电池安全性能，采用固态电解质部分取代电解液可以减少电池中可燃电解液的含量，减低电解液的爆燃风险。无机氧化物固态电解质作为一种离子电导率高，结构稳定，合成工艺简单，无毒无污染的材料已被广泛运用于这种混合固液电池中，提高电池安全性。

干法制备纳米粉体受到空气湿度和研磨工艺的限制很难获得百纳米级的小颗粒，湿法制备纳米浆料可以极大提高研磨效率，但也存在因固态电解质和溶剂的匹配性差而导致的团聚问题。在湿法研磨时，不会发生锂氢交换的固态电解质可以研磨到100nm左右，不会发生严重的颗粒团聚。如果固态电解质在水中发生锂氢交换反应，改变了水中的离子浓度，导致水系分散液的pH升高，双电层压缩；也会提高浆料粘度，更难分散。而且固态电解质在研磨过程中随着粒度减小比表面积增大，比表面能升高，此时而对于会发生锂氢交换的固态电解质材料，其和水发生反应会导致颗粒比表面能进一步升高，进一步导致团聚的生成。

常用的钙钛矿型电解质LLTO和石榴石型电解质LLZO在水中都会发生很强的锂氢交换反应，电解质中的锂离子和水中的氢离子发生交换，生成氢氧化锂，导致整个溶液体系变成碱性，并且在研磨时颗粒暴露出的表面越多，表面能越大，越容易团聚。

针对上述问题，CN114421022A公开了一种提高固态电解质浆料产品稳定性的方法和浆料产品，使用含锂盐作为分散剂，可以降低水系固态电解质分散液或含有痕量水的有机溶剂电解质分散液的pH，继而导致电解质颗粒稳定性提高。即，通过使用含锂盐分散剂抑制锂氢交换可以暂时解决沉降问题，但是使用含锂盐剂存在副反应容易引入杂质，且固态电解质锂氢交换程度高，使用锂盐添加剂用量会很大，影响电池性能。

针对锂氢交换反应导致的高pH值无机氧化物固态电解质在水中分散时的团聚问题，如何克服溶剂化过程的表面能升高，得到单分散颗粒、提高纳米分散液存储时的粒度变化率和存储后的再分散性能，是目前需要解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述技术问题，提供一种氧化物固态电解质分散液、制备方法及其应用，该分散液采用特定的分散剂，避免高pH值无机氧化物固态电解质颗粒由于锂氢交换反应导致的易团聚、难研磨等缺陷，提高了分散液的分散性、稳定性和一致性；同时，将上述分散液用于正负极掺混、隔膜涂覆以及有机无机复合固态电解质之用，提高了电池的生产效率和电化学性能。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种氧化物固态电解质分散液，该分散液由无机氧化物固态电解质、分散剂和水组成；

其中，所述无机氧化物固态电解质在水中分散后pH值为11-14；所述分散剂选自阴离子型聚合物和/或聚磷酸盐，阴离子型聚合物由至少一种单体聚合而成；

其中，所述分散液的重分散率R≤12%，重分散率是指所述分散液取40mL于50mL离心管中静置30天后采用震荡机分散后的粒度D₅₀的变化值，震荡机分散的功率20W，交流电240V，转速100rpm，震荡10min。

在本发明中，所述分散液的固含量=(固态电解质的质量+分散剂的质量)/(固态电解质的质量+分散剂的质量+溶剂的质量)。

在本发明中，没有特殊情况说明下，所述无机氧化物固态电解质分散液简称为分散液。