一种聚环氧烷全固态电解质及其制备方法与锂离子电池技术

本发明专利技术属于聚合物全固态电解质领域，涉及一种聚环氧烷全固态电解质及其制备方法与锂离子电池。该聚环氧烷全固态电解质包括聚环氧烷、无机陶瓷快离子导体填料和锂盐，所述无机陶瓷快离子导体填料由Li

【技术实现步骤摘要】
一种聚环氧烷全固态电解质及其制备方法与锂离子电池


[0001]本专利技术属于聚合物全固态电解质领域，具体地，涉及一种聚环氧烷全固态电解质，该聚环氧烷全固态电解质的制备方法，以及一种锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于具有能量密度高，循环性能好等优势被认为是一种有前景的储能元件。现今发展较为成熟的液态电解质的劣势在于锂离子迁移数低、易燃、易漏液、不能使用金属锂为负极电解质，限制了锂离子电池的进一步发展，所以研究人员纷纷将目光转向了固态电解质。
[0003]聚合物固态电解质的优势在于成本低、安全性高、易于加工，因此受到了广泛的关注，然而，相较于液态电解质，聚合物固态电解质的离子电导率低，现阶段难以大规模应用。
[0004]无机固态电解质在常温下电导率接近液态电解质，但难于与正负极直接接触，且力学性能较差。为了综合提高锂离子电池的性能，研究人员尝试将聚合物电解质和无机固态电解质复合，可以集合两者的优点。然而，目前复合方案所得电解质的电导率仍不尽如意。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种加入两种无机陶瓷快离子导体填料的聚环氧烷全固态电解质及其制备，以及一种锂离子电池，该聚环氧烷全固态电解质具有更高的电导率。
[0006]本专利技术的第一方面提供一种聚环氧烷全固态电解质，该聚环氧烷全固态电解质包括聚环氧烷、无机陶瓷快离子导体填料和锂盐，所述无机陶瓷快离子导体填料由Li
6.4
La3Zr
1.4
Ta
0.6/>O
12
和Li
1.5
Al
0.5
Ge
1.5
(PO4)3组成。
[0007]本专利技术的第二方面提供上述聚环氧烷全固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0008]1)将所述聚环氧烷和所述锂盐与有机溶剂混合，得到混合溶液；
[0009]2)向所述混合溶液中加入所述无机陶瓷快离子导体填料，形成悬浊液；
[0010]3)将所述悬浊液进行干燥，得到所述聚环氧烷全固态电解质。
[0011]本专利技术的第三方面提供一种锂离子电池，该锂离子电池包括正极、负极和电解质，所述电解质为上述聚环氧烷全固态电解质。
[0012]本专利技术具有以下优点：
[0013]1、本专利技术的聚环氧烷全固态电解质中加入有两种无机陶瓷快离子导体填料，通过不同种类无机陶瓷快离子导体填料之间的协同作用，有利于形成快速锂离子通道，从而提升电解质的电导率。
[0014]2、相比液态电解质或混合型电解质，本专利技术的聚环氧烷全固态电解质安全性好，不易燃。
[0015]3、本专利技术制备聚环氧烷全固态电解质的方法简单易行，原料易得，利于推广。
[0016]4、本专利技术的固态电解质所用基材为聚环氧烷，其具有结晶性，力学性能较好。
[0017]本专利技术的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0018]通过结合附图对本专利技术示例性实施方式进行更详细的描述。
[0019]图1为25℃下实施例1-2、5-6和对比例1-5的聚环氧烷全固态电解质的电导率比较图。
具体实施方式
[0020]以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0021]本专利技术的第一方面提供一种聚环氧烷全固态电解质，该聚环氧烷全固态电解质包括聚环氧烷、无机陶瓷快离子导体填料和锂盐，所述无机陶瓷快离子导体填料由Li
6.4
La3Zr
1.4
Ta
0.6
O
12
和Li
1.5
Al
0.5
Ge
1.5
(PO4)3组成。
[0022]根据本专利技术，优选地，Li
6.4
La3Zr
1.4
Ta
0.6
O
12
和Li
1.5
Al
0.5
Ge
1.5
(PO4)3的重量比为0.25-4：1，优选为0.3-3：1，进一步优选为0.5-2：1。具有优选复配比例的两种无机陶瓷快离子导体填料的聚环氧烷全固态电解质具有更高的电导率。
[0023]本专利技术中，如常规使用状态，所述Li
6.4
La3Zr
1.4
Ta
0.6
O
12
和所述Li
1.5
Al
0.5
Ge
1.5
(PO4)3均为纳米级。两种无机陶瓷快离子导体填料均可商购获得，或通过本领域公知的方法制得。
[0024]根据本专利技术一种优选实施方式，以所述聚环氧烷全固态电解质的总重量为基准，所述聚环氧烷的重量含量为35-90％，优选为40-80％，进一步优选为50-70％；所述无机陶瓷快离子导体填料的重量含量为0.5-50％，优选为2-40％，进一步优选为5-20％；所述锂盐的重量含量为9-50％，优选为18-50％，进一步优选为25-40％。
[0025]根据本专利技术，作为基材的聚环氧烷优选为聚环氧低碳烷烃，进一步优选为聚环氧乙烷和/或聚环氧丙烷。本专利技术中，所述低碳烷烃是指碳原子为2-4的烷烃。
[0026]本专利技术的聚环氧烷全固态电解质中，锂盐可以为固态电解质领域常规采用的各种锂盐，包括但不限于双三氟甲基磺酸亚胺锂、六氟磷酸锂、双氟代磺酰亚胺锂、高氯酸锂、四氟磷酸锂、二氟磷酸锂、双草酸硼酸锂和二氟草酸硼酸锂中的一种或多种；优选为六氟磷酸锂和/或双三氟甲基磺酸亚胺锂。
[0027]根据本专利技术，使用时，所述聚环氧烷全固态电解质通常为膜状，膜的厚度可根据需要确定，例如为60-200μm。
[0028]本专利技术的第二方面提供上述聚环氧烷全固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0029]1)将所述聚环氧烷和所述锂盐与有机溶剂混合，得到混合溶液；
[0030]2)向所述混合溶液中加入所述无机陶瓷快离子导体填料，形成悬浊液；
[0031]3)将所述悬浊液进行干燥，得到所述聚环氧烷全固态电解质。
[0032]根据本专利技术一种优选实施方式，步骤3)包括：
[0033]3-1)使用溶液浇铸法将所述悬浊液涂覆在模具上，形成液态薄膜；
[0034]3-2)将所述液态薄膜进行真空干燥，得到所述聚环氧烷全固态电解质。
[0035]步骤3-1)中，所述模具可以为本领域常规使用的各种材质的模具，例如为聚四氟乙烯模具。
[0036]通过上述方法制得的聚环氧烷全固态电解质为膜状。
[0037]本专利技术聚环氧烷全固态电解质的制备方法中，具体地，步骤1)中，所述混合溶液中溶质的质量浓度为10-40％。步骤1)采用的所述有机溶剂可以为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙腈本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚环氧烷全固态电解质，其特征在于，该聚环氧烷全固态电解质包括聚环氧烷、无机陶瓷快离子导体填料和锂盐，所述无机陶瓷快离子导体填料由Li
6.4
La3Zr
1.4
Ta
0.6
O
12
和Li
1.5
Al
0.5
Ge
1.5
(PO4)3组成。2.根据权利要求1所述的聚环氧烷全固态电解质，其中，Li
6.4
La3Zr
1.4
Ta
0.6
O
12
和Li
1.5
Al
0.5
Ge
1.5
(PO4)3的重量比为0.25-4：1，优选为0.3-3：1，进一步优选为0.5-2：1。3.根据权利要求1所述的聚环氧烷全固态电解质，其中，以所述聚环氧烷全固态电解质的总重量为基准，所述聚环氧烷的重量含量为35-90％，优选为40-80％，进一步优选为50-70％；所述无机陶瓷快离子导体填料的重量含量为0.5-50％，优选为2-40％，进一步优选为5-20％；所述锂盐的重量含量为9-50％，优选为18-50％，进一步优选为25-40％。4.根据权利要求1所述的聚环氧烷全固态电解质，其中，所述聚环氧烷为聚环氧低碳烷烃，优选为聚环氧乙烷和/或聚环氧丙烷。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的聚环氧烷全固态电解质，其中，所述锂盐为双三氟甲基磺酸亚胺锂、六氟磷酸锂、双氟代磺...

【专利技术属性】
技术研发人员：张师军，张恒源，刘建叶，祁丽亚，初立秋，徐耀辉，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：