一种固体电解质膜及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池固体电解质膜，涉及锂离子电池领域。本发明专利技术中固体电解质膜由玻璃陶瓷电解质和包覆在其表面的包覆层构成。包覆层材料为摩尔比1∶5～1∶10的锂盐和聚合物材料。该电解质膜可以在很大程度上降低全固态锂离子电池的界面阻抗，从而提高其循环稳定性和使用寿命。同时，本发明专利技术还公开了该固体电解质膜的制备方法以及含该固体电解质膜的全固态锂离子电池。本发明专利技术所述锂离子电池固体电解质膜机械强度高，电化学性能优异，同时，制备工艺简单，便于推广。

【技术实现步骤摘要】

:本专利技术具体涉及一种固体电解质膜及其制备方法和含有该电解质膜的固体锂离子电池。
技术介绍
:从20世纪90年代第一块商业化应用的锂离子电池诞生以来，锂离子电池以其能量密度高、输出功率大、无记忆效应等优点，在个人电脑、移动电子设备、电动汽车、电动工具、储能设备等领域得到广泛应用。随着技术的进步，锂离子电池的各项电化学性能如能量密度、循环性能等也都得到了极大的提升。然而，由于当前锂离子电池仍广泛使用液态有机电解液，其安全性能问题仍没有得到根本解决。与传统锂离子电池不同，固态锂离子电池由于不含液态有机溶剂，可以从根本上杜绝电池燃烧爆炸的风险。从而，为人类提供一种安全有效的新型锂离子电池。然而，在种类繁多的固体电解质中，最接近实用化水准的无机硫基玻璃陶瓷电解质极易与痕量的水和电极活性材料发生反应分解，在固体电解质和电极材料的界面处形成较高的离子迀移阻抗，从而严重影响固体锂离子电池的各项电化学性能。
技术实现思路
:有鉴于此，本专利技术第一方面提供了一种可以显著降低上述界面阻抗的固体电解质膜。通过包覆的方法在玻璃陶瓷电解质表面设置一包覆层，从而在固体电解质与电极材料界面形成一个过渡层，降低界面离子迀移阻抗。本专利技术第二方面提供了该固态电解质膜的制备方法。本专利技术第三方面提供了含该固体电解质膜的固体锂离子电池。第一方面，本专利技术提供了一种锂离子电池固体电解质膜，包括玻璃陶瓷电解质和包覆在其表面的包覆层，所述包覆层材料包括摩尔比1: 5?1:10的锂盐和聚合物材料。其中，所述玻璃陶瓷电解质为LhS-PsSALiKjGePsS^中的至少一种；所述锂盐为LiTFSI与LiFSI中的至少;所述聚合物为PEO、PAN、PMMA、PVDF中的至少一种。第二方面，本专利技术提供了一种锂离子电池固体电解质膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:(1)取适量玻璃陶瓷电解质粉末均匀分散在无水甲苯溶液中，然后用刮刀将其均匀涂布在芳纶无纺布上，惰性环境中充分干燥。(2)将干燥后的涂布有玻璃陶瓷电解质的无纺布冷压，得玻璃陶瓷电解质/无纺布膜片。(3)取适量聚合物颗粒溶解于无水乙腈中，然后加入适量锂盐，超声处理至聚合物与锂盐完全溶解，锂盐与聚合物的摩尔比控制在1:5?1:10之间。(4)将步骤(3)所得溶液通过静电纺丝法或液相喷涂法均匀设置在步骤(2)所得玻璃陶瓷电解质/无纺布膜片上，惰性气氛中干燥后既得锂离子电池固态电解质膜。其中，所述步骤(1)中芳纶无纺布材质为聚对苯二甲酰对苯二胺，孔隙率?70%，孔径?30μηι。第三方面，本专利技术提供了一种固体锂离子电池，包括正极、负极以及放置在正负极之间的固体电解质膜。制备步骤如下:将正极、固态电解质膜、负极通过叠片工艺制得裸体电芯，用铝塑膜将电芯封装，通过化成后得固体锂离子电池。本专利技术所述锂离子电池固体电解质膜机械强度高，电化学性能优异，同时，制备工艺简单，便于推广。【具体实施方式】:为进一步阐明本方面，下面结合具体实施例来描述本专利技术的优选实施方案，这些描述只是为了进一步说明本专利技术的优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。实施例1—种锂离子电池固体电解质膜的制备方法，包括以下步骤:(1)取适量玻璃陶瓷电解质粉末Li2S_P2S5均匀分散在无水甲苯溶液中，然后用刮刀将其均匀涂布在芳纶无纺布上，惰性环境中充分干燥。(2)将干燥后的涂布有玻璃陶瓷电解质的无纺布冷压，得Li2S_P2S5/无纺布膜片。(3)取适量ΡΕ0溶解于无水乙腈中，然后加入适量LiTFSI，超声处理至ΡΕ0与LiTFSI完全溶解，ΡΕ0与LiTFSI的摩尔比为1:7。(4)将步骤(3)所得溶液通过静电纺丝法均匀设置在步骤(2)所得Li2S_P2S5/无纺布膜片上，惰性气氛中干燥后既得锂离子电池固态电解质膜Ml。—种固体锂离子电池的制备方法，包括以下步骤:(1)以LiCo02为正极材料，加入粘接剂聚偏氟乙烯(PVDF)、导电剂导电炭黑在1-甲基-9-吡咯烷酮溶剂中调浆，所得浆料双面均匀涂布在铝箔上，经烘干、滚压，裁切后得正极极片。(2)以石墨为负极材料，加入丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素钠(CMC)、石墨在去离子水中调浆，所得浆料双面均匀涂布在铜箔上，经烘干、滚压，裁切后得负极极片。(3)将正极极片、固体电解质膜M1、负极极片通过叠片工艺制得干电芯，以铝塑膜封装后置于烘箱中烘烤。经整形、化成后得实验固体锂离子电池。实施例2—种锂离子电池固体电解质膜的制备方法，包括以下步骤:(1)取适量玻璃陶瓷电解质粉末Li2S_P2S5均匀分散在无水甲苯溶液中，然后用刮刀将其均匀涂布在芳纶无纺布上，惰性环境中充分干燥。(2)将干燥后的涂布有玻璃陶瓷电解质的无纺布冷压，得Li2S_P2S5/无纺布膜片。(3)取适量PMMA溶解于无水乙腈中，然后加入适量LiFSI，超声处理至PMMA与LiFSI完全溶解，PMMA与LiFSI的摩尔比为1:8。(4)将步骤(3)所得溶液通过静电纺丝法均匀设置在步骤(2)所得Li2S_P2S5/无纺布膜片上，惰性气氛中干燥后既得锂离子电池固态电解质膜M2。一种固体锂离子电池的制备方法如实施例1所述，区别仅在于使用本实施例制得的锂离子电池固态电解质膜M2。实施例3—种锂离子电池固体电解质膜的制备方法，包括以下步骤:(1)取适量玻璃陶瓷电解质粉末Li1QGeP2S12均匀分散在无水甲苯溶液中，然后用刮刀将其均匀涂布在芳纶无纺布上，惰性环境中充分干燥。(2)将干燥后的涂布有玻璃陶瓷电解质的无纺布冷压，得Li1QGeP2S12/无纺布膜片。(3)取适量ΡΕ0溶解于无水乙腈中，然后加入适量LiTFSI，超声处理至ΡΕ0与LiTFSI完全溶解，ΡΕ0与LiTFSI的摩尔比为1:7。(4)将步骤(3)所得溶液通过液相喷涂法均匀设置在步骤(2)所得Li1QGeP2S12/无纺布膜片上，惰性气氛中干燥后既得锂离子电池固态电解质膜M3。—种固体锂离子电池的制备方法如实施例1所述，区别仅在于使用本实施例制得的锂离子电池固态电解质膜M3。对比例1—种固体锂离子电池的制备方法如实施例1所述，区别仅在于使用实施例1中一种锂离子电池固体电解质膜的制备方法步骤2所制得的Li2S_P2S5/无纺布膜片为固态电解质膜。应用效果检测: 将对比例1与实施例1中的实验电池在3.0?4.35V的电压范围内，进行0.5C充放电600周循环测试。测试结果显示实施例1中实验电池循环后容量保持率为89%，对比例1实验电池的容量保持率为81%。由此可见，本专利技术提供的锂离子电池固体电解质可以明显改善固体锂离子电池的性能。【主权项】1.一种锂离子电池固体电解质膜，其特征在于，包括玻璃陶瓷电解质和包覆在其表面的包覆层，所述包覆层材料包括摩尔比1:5?1: 10的锂盐和聚合物材料。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池固体电解质膜，其特征在于，所述玻璃陶瓷电解质为1^23-?235与1^1(^6?2312中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池固体电解质膜，其特征在于，所述锂盐为LiTFSI与LiFSI中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池固体电解质膜，其特征在于，所述聚合物为PEO、PAN、PMMA、PVDF 中的至少一种。5.—种锂离子电池固体电解质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池固体电解质膜，其特征在于，包括玻璃陶瓷电解质和包覆在其表面的包覆层，所述包覆层材料包括摩尔比1∶5～1∶10的锂盐和聚合物材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王群峰，谷秀娟，董苗苗，梁振洋，吴楚伟，叶付臣，
申请(专利权)人：山东鸿正电池材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37