【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种固态电解质的制备方法和应用。
技术介绍
1、随着全球人口增长和城市现代化，对能源的需求开始急剧上升。而传统化石能源具有一定的局限性和污染，因此清洁能源也得到了进一步发展，这些变化对储能系统的需求不断增加。在储能系统中，锂金属电池由于其高能量密度，已被广泛研究，以满足电子设备、电动汽车、无人机、智能电网等领域中快速增长的需求。最近的研究工作集中在通过以更低的成本赋予锂金属电池更高的能量密度和更长的循环寿命的方法上。然而，传统的有机液体锂离子电解质具有挥发性、化学稳定性差等安全问题，导致库仑效率低、短路和电池灾难性故障。与传统的锂离子电池相比，固态锂金属电池具有更高的能量密度、更长的循环寿命和更好的安全性。
2、石榴石型固态电解质(llzo)具有宽阔的电化学窗口和对锂金属阳极的稳定性。在室温下，llzo有立方相和四方相两个空间结构。锂离子在立方和四方llzo(c-llzo和t-llzo)中的迁移路径不同，这与锂离子的排列有关。在c-llzo中，结构框架由十二面体lao8和八面体zro6组成。t-llzo在室温下的稳定结构，在高温下可以转变为立方相。当温度低于相变温度时，llzo再次呈现四方相。如果将适量的al、ta、nb、y、ce、等元素掺杂到llzo中，则可以在室温下获得稳定的立方相，从而确保石榴石电解质的高锂离子电导率。然而其缺点主要是机械性能差与电极的界面兼容性差。而聚合物电解质与电极之间没有严重的界面问题，可以提供良好的机械性能。聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(pvdf-hfp)具有高的介电常数，
技术实现思路
1、本专利技术的目的是要解决现有固态电解质的机械性能差，与电极的界面兼容性差和腈基的存在导致其对金属锂不稳定，限制了腈类溶剂在锂金属电池中应用的问题，而提供一种双层复合固态电解质的制备方法和应用。
2、一种双层复合固态电解质的制备方法，具体是按以下步骤完成的：
3、一、制备溶液a：
4、将聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚碳酸丙烯脂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂溶解到dmf中，升温搅拌一段时间，加入lalzno纳米纤维，再升温磁力搅拌一段时间，得到溶液a；
5、二、制备溶液b：
6、将聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、双三氟甲烷磺酰亚胺锂和丁二腈溶解到dmf中，升温搅拌一段时间，加入lalzno纳米纤维，再升温磁力搅拌一段时间，得到溶液b；
7、三、浇注：
8、首先将溶液a浇铸在清洁的聚四氟乙烯塑料板上，使用刮刀刮成湿膜，然后干燥，得到底层膜；再将溶液b浇注到底层膜上，使用刮刀刮成湿膜，干燥，得到双层干燥的膜；将双层干燥的膜从聚四氟乙烯塑料板上剥离，再进一步干燥，得到双层复合固态电解质。
9、双层复合固态电解质的在固态锂金属电池中应用。
10、本专利技术的原理：
11、本专利技术以聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物/聚碳酸丙烯脂(pvdf-hfp/ppc)和聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物/丁二腈(pvdf-hfp/sn)分别为聚合物基底，双三氟甲烷磺酰亚胺锂(litfsi)为锂盐的双层有机-无机/有机-无机复合电解质来提高固态电池的整体性能；通过静电纺丝技术制备了lalzno(lalzno:li6.25al3la1.75zr0.25nb0.25o12)纳米纤维；将其作为固态电解质填料，以提高聚合物固态电解质离子电导率和离子迁移数；其中，以含ppc聚合物的一侧贴近锂金属，ppc与锂金属的润湿效果能够减少固态电解质与锂金属界面接触电阻，提高对锂循环稳定性；在靠近正极侧固态电解质通过加入丁二腈(sn)抑制了pvdf-hfp的结晶，在均匀的固态电解质中形成了快速的li+传输通道，提高离子电导率；通过双层结构的设计，利用各组分的优势综合提高磷酸铁锂(lfp)电池的循环性能。
12、本专利技术的优点：
13、lalzno纳米纤维的加入使得固态电解质膜离子电导率由2.9×10–4scm–1升高至6.2×10–4scm–1，锂离子迁移数由0.32提高到0.47，电化学电压窗口由4.64v增加到4.78v；此外，由掺杂lalzno纳米纤维的双层复合固态电解质组装的li||li对称电池能在0.1macm-2的电流密度下稳定电镀和剥离超过520h；组装的lfp||li全电池在正负极界面各加入2μl电解液润湿后，0.1c的倍率下具有163.55mah g–1的放电比容量，在1c的倍率下仍然具有128.39mahg-1的比容量，表现出良好的倍率性能；在0.2c的倍率下具有159.74mahg-1的初始放电容量，在80次循环后具有87.4％容量保持率。体现了有机-无机复合固态电解质的发展潜力。
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1.一种双层复合固态电解质的制备方法，其特征在于所述制备方法具体是按以下步骤完成的：
2.根据权利要求1所述的一种双层复合固态电解质的制备方法，其特征在于步骤一中所述的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物与聚碳酸丙烯脂的质量比为1:1；步骤一中所述的双三氟甲烷磺酰亚胺锂的质量与聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物和聚碳酸丙烯脂的总质量比为(0.4～0.6):1；步骤一中所述的溶液A中LALZNO纳米纤维的质量分数为8％～12％；步骤一中所述的溶液A中聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物的质量分数为5.97％～6.04％。
3.根据权利要求1所述的一种双层复合固态电解质的制备方法，其特征在于步骤一中将聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚碳酸丙烯脂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂溶解到DMF中，在40℃～60℃下搅拌2h～3h，加入LALZNO纳米纤维，再在40℃～60℃下搅拌10h～12h，得到溶液A。
4.根据权利要求1所述的一种双层复合固态电解质的制备方法，其特征在于步骤二中所述的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物与双三氟甲烷磺酰亚胺锂的质量比为1:1；步骤二中所述的丁二腈与聚偏二氟乙
5.根据权利要求1所述的一种双层复合固态电解质的制备方法，其特征在于步骤二中将聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、双三氟甲烷磺酰亚胺锂和丁二腈溶解到DMF中，在40℃～60℃下搅拌4h～6h，加入LALZNO纳米纤维，在40℃～60℃下搅拌10h～12h，得到溶液B。
6.根据权利要求1所述的一种双层复合固态电解质的制备方法，其特征在于步骤三中首先将溶液A浇铸在清洁的聚四氟乙烯塑料板上，使用刮刀刮成厚度为400μm～600μm的湿膜，然后在80℃的真空烘箱中干燥0.5h～1.5h，得到底层膜；再将溶液B浇注到底层膜上，使用刮刀刮成厚度为400μm～600μm湿膜，在60℃的真空烘箱中干燥10h～12h，得到双层干燥的膜；将双层干燥的膜从聚四氟乙烯塑料板上剥离，在60℃的真空烘箱中干燥12h，得到双层复合固态电解质。
7.根据权利要求1所述的一种双层复合固态电解质的制备方法，其特征在于步骤一中和步骤二中所述的LALZNO纳米纤维的制备方法是按以下步骤完成的：
8.根据权利要求7所述的一种双层复合固态电解质的制备方法，其特征在于步骤一①中所述的N,N-二甲基甲酰胺和冰醋酸的混合溶液中N,N-二甲基甲酰胺和冰醋酸的体积比为5:1；步骤一①中所述的溶液Ⅰ中硝酸锂的浓度为0.7mmol/L；步骤一②中所述的搅拌的温度为50℃～70℃，搅拌的时间为5h～7h；步骤一③中所述的溶液Ⅰ与溶液Ⅱ的体积比为1:1；步骤一③中所述的纺丝溶液中聚乙烯吡咯烷酮的质量分数为10％；步骤一④中所述的静电纺丝的电压为18kV，进料速度为0.8mLh-1，注射器针头和收集器之间的距离为15cm，收集器的转速为500r/min，在室温下将湿度设定为30％；步骤一⑤中所述的真空干燥的温度为50℃～70℃，搅拌的时间为10h～12h；步骤一⑥中在温度为300℃煅烧的时间为2h，在650℃～850℃下煅烧的时间为2h；步骤一⑥中从300℃下升温至650℃～850℃的升温速率为2℃min-1。
9.如权利要求1所述的制备方法制备的双层复合固态电解质的应用，其特征在于双层复合固态电解质的在固态锂金属电池中应用。
10.根据权利要求9所述的双层复合固态电解质的应用，其特征在于使用双层复合固态电解质组装固态锂金属电池具体是按以下步骤完成的：
...【技术特征摘要】
1.一种双层复合固态电解质的制备方法，其特征在于所述制备方法具体是按以下步骤完成的：
2.根据权利要求1所述的一种双层复合固态电解质的制备方法，其特征在于步骤一中所述的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物与聚碳酸丙烯脂的质量比为1:1；步骤一中所述的双三氟甲烷磺酰亚胺锂的质量与聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物和聚碳酸丙烯脂的总质量比为(0.4～0.6):1；步骤一中所述的溶液a中lalzno纳米纤维的质量分数为8％～12％；步骤一中所述的溶液a中聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物的质量分数为5.97％～6.04％。
3.根据权利要求1所述的一种双层复合固态电解质的制备方法，其特征在于步骤一中将聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚碳酸丙烯脂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂溶解到dmf中，在40℃～60℃下搅拌2h～3h，加入lalzno纳米纤维，再在40℃～60℃下搅拌10h～12h，得到溶液a。
4.根据权利要求1所述的一种双层复合固态电解质的制备方法，其特征在于步骤二中所述的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物与双三氟甲烷磺酰亚胺锂的质量比为1:1；步骤二中所述的丁二腈与聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物的质量比为(0.1～0.3):1；步骤二中所述的溶液b中lalzno纳米纤维的质量分数为12％～18％；步骤二中所述的溶液b中聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物的质量分数为7.88％～7.98％。
5.根据权利要求1所述的一种双层复合固态电解质的制备方法，其特征在于步骤二中将聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、双三氟甲烷磺酰亚胺锂和丁二腈溶解到dmf中，在40℃～60℃下搅拌4h～6h，加入lalzno纳米纤维，在40℃～60℃下搅拌10h～12h，得到溶液b。
6.根据权利要求1所述的一种双层复合固态电解质的制备方法，其特征在于步骤三中首先将溶液a浇铸在清洁的聚四氟...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈桢，刘万年，吴乙辛，陈明华，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：
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