一种无机有机复合固态电解质及其应用制造技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种无机有机复合固态电解质及其应用。本发明专利技术提供的无机有机复合固态电解质中锂基硅铝酸盐是由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键交替相连形成三维微孔骨架结构，从而形成分子尺寸大小(通常为0.3～2.0nm)的孔道和空腔体系，锂基硅铝酸盐具有的三维网状笼形结构为锂离子传输提供了丰富的通道，使无机有机复合固态电解质具有高离子电导率，而且锂基硅铝酸盐对锂稳定，不会与锂发生副反应，使无机有机复合固态电解质与锂负极之间具有优异的界面稳定性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种无机有机复合固态电解质及其应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种无机有机复合固态电解质及其应用。

技术介绍

[0002]随着新能源汽车行业的快速发展，人们对新能源汽车的续航里程和安全性提出了更高的要求。这就要求车用动力电池应具有更高的能量密度和更高的安全性。传统的锂离子电池采用的是液态有机电解液，易燃、易泄露，容易导致安全问题；同时，传统锂离子电池能量密度受制于正负极材料理论比能量的限制，能量密度的提高空间较小。而采用能量密度较高的金属锂负极时，又会与有机电解液发生副反应，形成锂枝晶，穿透隔膜后导致电池短路，内部升温，仍然会引发电池的安全性问题。因此，动力电池若兼具高能量密度和高安全性的特点，则需要采用新的电池体系，包括正负极，尤其是电解质体系，比如：固态电解质。
[0003]与传统的液态锂离子电池相比，固态电池极大地提升了电池的安全性能和能量密度。固态电池以金属锂为负极，极大地提升了电池的能量密度，而且，采用固态电解质可以有效的抑制锂枝晶的生成，保证电池高能量密度的同时保证电池的安全性。固态电解质主要包括无机固态电解质和有机固态电解质。无机固态电解质的界面阻抗较大，与正负极的相容性较差；有机固态电解质的离子电导率较低。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种无机有机复合固态电解质及其应用，本专利技术提供的无机有机复合固态电解质在具有高离子电导率的同时具有良好的界面特性。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种无机有机复合固态电解质，制备原料包括锂基硅铝酸盐、有机聚合物和锂盐；所述锂基硅铝酸盐具有三维网状笼形结构；所述锂基硅铝酸盐的化学组成为4Li2O
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xAl2O3·
ySiO2、4Li2O
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M2O
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aAl2O3·
bSiO2或4Li2O
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M'O
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cAl2O3·
dSiO2；所述M为K或Na；所述M'为Ca或Ba；y:x、b:a和d:c独立为(1～2):1、(2～3):1或(9～50):1。
[0007]优选的，所述有机聚合物包括聚偏二氟乙烯、聚(偏二氟乙烯
‑
co
‑
六氟丙烯)、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚芳醚酮、聚酯纤维、纤维素和酚类聚合物中的一种或几种。
[0008]优选的，所述锂盐包括六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂、二乙二酸硼酸锂和二氟草酸硼酸锂中的一种或几种。
[0009]优选的，所述锂基硅铝酸盐、有机聚合物和锂盐的质量比为(1～3):(1～6):(1～6)。
[0010]本专利技术还提供了上述技术方案所述无机有机复合固态电解质在锂离子电池中的应用。
[0011]本专利技术还提供了一种无机有机复合固态电解质膜，所述制备原料包括上述技术方
案所述无机有机复合固态电解质。
[0012]本专利技术还提供了上述技术方案所述无机有机复合固态电解质膜的制备方法，包括以下步骤：
[0013]将锂基硅铝酸盐、有机聚合物、锂盐和有机溶剂混合后，涂覆于基板上，干燥后，得到无机有机复合固态电解质膜。
[0014]本专利技术还提供了一种聚合物
‑
无机有机复合固态电解质复合膜，所述制备原料包括上述技术方案所述无机有机复合固态电解质。
[0015]本专利技术还提供了上述技术方案所述聚合物
‑
无机有机复合固态电解质复合膜的制备方法，包括以下步骤：
[0016]将聚合物、紫外引发剂、锂盐和有机溶剂混合后，将所得混合浆料涂覆于所述无机有机复合固态电解质膜上，依次进行干燥和紫外交联，得到聚合物
‑
无机有机复合固态电解质复合膜；所述无机有机复合固态电解质膜由上述技术方案所述无机有机复合固态电解质膜的制备方法制备得到；
[0017]或者，将聚合物、紫外引发剂、锂盐和有机溶剂混合后，涂覆于基板上，依次进行干燥和紫外交联，得到聚合物膜；将锂基硅铝酸盐、有机聚合物、锂盐和有机溶剂混合后，将所得混合浆料涂覆于所述聚合物膜上，干燥后，得到聚合物
‑
无机有机复合固态电解质膜。
[0018]优选的，所述聚合物包括聚氧化乙烯、聚丙烯腈、四乙二醇二甲醚、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和三乙二醇二甲醚中的一种或几种。
[0019]本专利技术提供了一种无机有机复合固态电解质，制备原料包括锂基硅铝酸盐、有机聚合物和锂盐；所述锂基硅铝酸盐具有三维网状笼形结构；所述锂基硅铝酸盐的化学组成为4Li2O
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xAl2O3·
ySiO2、4Li2O
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M2O
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aAl2O3·
bSiO2或4Li2O
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M'O
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cAl2O3·
dSiO2；所述M为K或Na；所述M'为Ca或Ba；y:x、b:a和d:c独立为(1～2):1、(2～3):1或(9～50):1。本专利技术提供的无机有机复合固态电解质中锂基硅铝酸盐是由硅氧四面体和/或铝氧四面体通过氧桥键交替相连形成的三维微孔骨架结构，能够形成分子尺寸大小(通常为0.3～2.0nm)的孔道和空腔体系，锂基硅铝酸盐具有的三维网状笼形结构为锂离子传输提供了丰富的通道，使无机有机复合固态电解质具有高离子电导率，而且锂基硅铝酸盐不与金属锂发生副反应，使无机有机复合固态电解质与锂负极之间具有优异的界面稳定性。
[0020]进一步的，有机聚合物属于柔性材料，与正、负极之间接触紧密，使无机有机复合固态电解质与正、负极之间具有良好的界面相容性，而且有机聚合物对锂稳定，不会与锂发生副反应，使无机有机复合固态电解质与锂负极之间具有优异的界面稳定性。
[0021]进一步的，本专利技术提供的无机有机复合固态电解质中有机聚合物和锂基硅铝酸盐属于耐高压材料，从而使由无机有机复合固态电解质制成的锂金属电池表现出优异的高比能量和高电压特性。
附图说明
[0022]图1为实施例1的无机有机复合固态电解质膜的电子照片；
[0023]图2为实施例1的无机有机复合固态电解质膜的XRD结构测试表征图；
[0024]图3为实施例1的无机有机复合固态电解质膜在10μm下的SEM图；
[0025]图4为实施例1的无机有机复合固态电解质膜在50μm下的SEM图；
[0026]图5为实施例1的无机有机复合固态电解质的阻抗Nyquist图；
[0027]图6为实施例1的无机有机复合固态电解质膜组装的锂金属固态电池在室温下的充放电曲线图。
具体实施方式
[0028]本专利技术提供了一种无机有机复合固态电解质，制备原料包括锂基硅铝酸盐、有机聚合物和锂盐；所述锂基硅铝酸盐具有三维网状笼形结构；所述锂基硅铝酸盐的化学组成为4Li2O
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xAl2O3·
yS本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无机有机复合固态电解质，其特征在于，制备原料包括锂基硅铝酸盐、有机聚合物和锂盐；所述锂基硅铝酸盐具有三维网状笼形结构；所述锂基硅铝酸盐的化学组成为4Li2O
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xAl2O3·
ySiO2、4Li2O
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M2O
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aAl2O3·
bSiO2或4Li2O
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dSiO2；所述M为K或Na；所述M'为Ca或Ba；y:x、b:a和d:c独立为(1～2):1、(2～3):1或(9～50):1。2.根据权利要求1所述的无机有机复合固态电解质，其特征在于，所述有机聚合物包括聚偏二氟乙烯、聚(偏二氟乙烯
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co
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六氟丙烯)、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚芳醚酮、聚酯纤维、纤维素和酚类聚合物中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的无机有机复合固态电解质，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂、二乙二酸硼酸锂和二氟草酸硼酸锂中的一种或几种。4.根据权利要求1或2所述的无机有机复合固态电解质，其特征在于，所述锂基硅铝酸盐、有机聚合物和锂盐的质量比为(1～3):(1～6):(1～6)。5.权利要求1～4任一项所述无机有机复合固态电解质在锂离子电池中的应用。6.一种无机有机复合固态电解质膜，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙立群，谢海明，丛丽娜，
申请(专利权)人：吉林省东驰新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：