【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及陶瓷纤维在电池中的应用领域，尤其涉及高离子电导率凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜的制备方法、陶瓷纳米纤维基固态电解质膜及其应用方法。
技术介绍
1、陶瓷纳米纤维复合材料是一种高性能的材料，它结合了陶瓷材料的高温稳定性、耐腐蚀性以及纳米纤维的特殊性能，如高比表面积、高强度和高韧性。这种复合材料通常通过将纳米尺度的陶瓷纤维均匀分散在基体材料中制备而成，基体可以是陶瓷、聚合物或者是金属。同时纳米纤维的引入可以显著改善复合材料的力学性能，如提高其室温强度、韧性和高温下的强度及抗蠕变性能。由于纳米纤维的微观结构，这类材料还可能展现出优异的热学、电学和光学性能。故可应用于包括航空航天、能源、汽车工业、电子器件、生物医学以及环保技术等在内的多个领域。
2、凝聚态电池(solid-state battery)是一种新型的电池技术，它采用了凝聚态电解质代替了传统液态电解质，具有更高的能量密度、安全性、稳定性和循环寿命。凝聚态电池和液态电池的主要区别在于电解质的状态，凝聚态电池使用半固态电解质，具有黏附性特点。
3、现有的陶瓷纳米纤维复合材料在凝聚态电池上应用如下：
4、cn115995602a公开了一种新型镍钴铝酸锂凝聚态-固态电池的制备方法，其将聚丙烯酰胺磺酸锂电解质膜液和陶瓷粉体混合以涂布干燥法制备成凝聚态电解质。而涂布干燥法容易使得电解质膜不平整，降低凝聚态电池稳定性。
5、cn202010249181.7公开了复合凝胶固态电解质、制备方法及全固态锂离子电池，其锂离子电池用复合凝
6、cn116759639a公开了一种半固态电池及其制备方法，其使用的纤维材料包括纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶体、玻璃纤维、氧化硅纳米纤维、硅酸盐纤维材料、聚酯纤维和聚芳酰胺纤维中的任意一种。但是上述纤维材料对锂离子的迁移帮助很小，导致锂离子的迁移率较低。
7、cn111293261a公开了单层pvdf电池隔膜及其制备方法，其采用单层涂敷工艺制备了由pdvf涂料层、陶瓷层和基膜构成的三层复合电解质。但是存在活性物质分布不均匀，并且涂敷工艺在循环过程中结合面不牢固，容易脱落等缺陷。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供一种高离子电导率凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜的制备方法、陶瓷纳米纤维基固态电解质膜及其应用方法，所制备的固态电解质在室温下具备3～8×10-4s/cm的高离子电导率，显著提高了电池的导电性能，确保电池在实际应用中的高能效。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种高离子电导率凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜的制备方法，包括以下步骤：
3、s1、制备原位聚合前驱体溶液：
4、s11、将质量比为0.2～1.5：1～1.2的交联剂和引发剂加入溶剂中形成溶液a；
5、s12、将锂盐溶解到溶剂中，得到1mol/kg电解质；
6、s13、将溶液a和电解质分散均匀后得到原位聚合前驱体溶液b；
7、s2、制备凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜：
8、s21、将聚偏氟乙烯-聚四氟乙烯共聚物溶解在有机溶剂中，配置成聚合物前驱体溶液；
9、s22、将直径为50nm-200nm纳米陶瓷粉体加入溶剂中，配置成溶液c，再向溶液c中加入陶瓷表面分散剂，球磨60min-120min，直至纳米陶瓷粉体在溶液c中均匀分布，形成悬浮液，得到纳米陶瓷粉体溶液；
10、s23、将聚合物前驱体溶液和纳米陶瓷粉体溶液按照1：1-1.5的比例混合搅拌均匀，得到复合溶液；
11、s24、对复合溶液静电纺丝制备成陶瓷颗粒掺杂聚合物纤维膜；
12、s25、将原位聚合前驱体溶液浇筑到陶瓷颗粒掺杂聚合物纤维膜，利用刮刀涂抹均匀后，烘干，获得凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜。
13、优选的，在步骤s11中，交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯或n,n'-亚甲基双丙烯酰胺；
14、引发剂为过硫酸铵或过氧化苯甲酰；
15、溶剂为n,n-二甲基丙烯酰胺。
16、优选的，步骤s12所述的溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二丙酯、碳酸丙烯酯和乙二醇二甲醚中的一种及其任意组合。
17、优选的，步骤s21所述的有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺或者四氢呋喃，且有机溶剂和聚偏氟乙烯-聚四氟乙烯共聚物的质量比为1：10-20。
18、优选的，步骤s22所述的纳米陶瓷粉体为batio3、srtio3、zno、锂镧钛氧、锂镧锆氧、钛酸钡，所述的溶剂异丙醇或者乙醇，且溶剂与纳米陶瓷粉体的质量比为1：10-30；陶瓷表面分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇中的一种及其任意组合。
19、优选的，在步骤s25中，用250um高度的刮刀涂抹均匀后于80℃条件下烘干4h-6h。
20、优选的，当制备低陶瓷含量的凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜时；
21、步骤s24制备的陶瓷颗粒掺杂聚合物纤维膜厚度为30um-100um，克重为20g/m2-50g/m2；
22、步骤s25制备的凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜克重为100g/m2-120g/m2，陶瓷含量为10wt％-20wt％。
23、优选的，当制备高陶瓷含量的凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜时；
24、步骤s24制备的陶瓷颗粒掺杂聚合物纤维膜厚度为80um-120um，克重为50g/m2-200g/m2；
25、步骤s25制备的凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜克重为150g/m2-200g/m2，陶瓷含量为50wt％-60wt％。
26、陶瓷纳米纤维基固态电解质膜，利用所述的高离子电导率凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜的制备方法制备的。
27、所述的陶瓷纳米纤维基固态电解质膜在凝聚态固态锂电池中的应用方法，包括以下步骤：
28、h1、将正极、负极、陶瓷纳米纤维基固态电解质膜进行z字形叠片；
29、h2、封装，并在封装后注入原位聚合前驱体溶液；
30、h3、封口，并在封口后于45℃～60℃下静置0.5h～2h，直至完全聚合，形成凝聚态电解质。
31、本专利技术具有以下有益效果：
32、通过使用两种不同陶瓷含量的配方，可以实现凝聚态固态电解质膜性能的调控，以实现不同应用场景的需求：
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【技术保护点】
1.一种高离子电导率凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高离子电导率凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜的制备方法，其特征在于：在步骤S11中，交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯或N,N'-亚甲基双丙烯酰胺；
3.根据权利要求1所述的高离子电导率凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜的制备方法，其特征在于：步骤S12所述的溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二丙酯、碳酸丙烯酯和乙二醇二甲醚中的一种及其任意组合。
4.根据权利要求1所述的高离子电导率凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜的制备方法，其特征在于：步骤S21所述的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或者四氢呋喃，且有机溶剂和聚偏氟乙烯-聚四氟乙烯共聚物的质量比为1：10-20。
5.根据权利要求1所述的高离子电导率凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜的制备方法，其特征在于：步骤S22所述的纳米陶瓷粉体为BaTiO3、SrTiO3、ZnO、锂镧钛氧、锂镧锆氧、钛酸钡，所述的溶剂异丙醇或者乙醇，且溶剂与纳米陶瓷粉体的质量比为
6.根据权利要求1所述的高离子电导率凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜的制备方法，其特征在于：在步骤S25中，用250um高度的刮刀涂抹均匀后于80℃条件下烘干4h-6h。
7.根据权利要求1所述的高离子电导率凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜的制备方法，其特征在于：当制备低陶瓷含量的凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜时；
8.根据权利要求1所述的高离子电导率凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜的制备方法，其特征在于：当制备高陶瓷含量的凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜时；
9.一种陶瓷纳米纤维基固态电解质膜，其特征在于：利用上述权利要求1-8任一项所述的高离子电导率凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜的制备方法制备的。
10.如权利要求9所述的陶瓷纳米纤维基固态电解质膜在凝聚态固态锂电池中的应用方法，其特征在于：包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种高离子电导率凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高离子电导率凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜的制备方法，其特征在于：在步骤s11中，交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯或n,n'-亚甲基双丙烯酰胺；
3.根据权利要求1所述的高离子电导率凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜的制备方法，其特征在于：步骤s12所述的溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二丙酯、碳酸丙烯酯和乙二醇二甲醚中的一种及其任意组合。
4.根据权利要求1所述的高离子电导率凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜的制备方法，其特征在于：步骤s21所述的有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺或者四氢呋喃，且有机溶剂和聚偏氟乙烯-聚四氟乙烯共聚物的质量比为1：10-20。
5.根据权利要求1所述的高离子电导率凝聚态陶瓷纳米纤维基固态电解质膜的制备方法，其特征在于：步骤s22所述的纳米陶瓷粉体为batio3、srtio3、zno、锂镧钛氧、锂镧锆氧、钛酸...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈海垠，沈志斌，刘英琦，
申请(专利权)人：浙江柔荷新能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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