【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固态电解质，更具体的说是涉及一种非均相原位聚合法制备的固态电解质及包含该固态电解质的固态锂、钠电池。
技术介绍
1、固态电解质是固态电池的核心，目前固态电池分类主要按照固态电解质的种类来分，包括陶瓷(无机)固态电解质和聚合物(有机)固态电解质两大类，前者又可进一步细分为氧化物、硫化物、氮化物、磷化物等，目前研究较为深入且具有潜力的主要是氧化物和硫化物两类。
2、从目前的研究成果看，聚合物固态电解质率先实现应用，但存在高成本和低电导率两个致命问题。目前主流的聚合物固态电解质是peo、pvdf、pan等，聚合物电解质在室温下导电率低，能量上限不高，升温后离子电导率大幅提高但既消耗能量又增加成本，增大了商业化的难度。氧化物固态电解质综合性能好，制约其发展的重要因素是电解质和电极之间界面阻抗较大，界面反应造成电池容量衰减。硫化物固态电解质电导率最高，研究难度最高，如何保持高稳定性是一大难题。硫化物电解质由于离子电导率极高、电化学稳定窗口较宽(5v以上)，受到了众多企业的青睐，但与锂电极的界面稳定性较差。相比之下，有机/无机复合固态电解质因结合了无机电解质和聚合物电解质的特点成为最有希望率先实用化的技术方案。
3、无机/有机复合固态电解质通常是在聚合物电解质中添加无机纳米粒子而形成。目前研究较多的聚合物电解质如聚环氧乙烷(peo)、聚丙烯腈(pan)、聚偏氟乙烯(pvdf)、聚碳酸丙烯酯(ppc)等，纯的聚合物电解质普遍存在室温离子电导率低、电化学窗口窄及化学/电化学稳定性差等问题。通过添加无机纳米粒
4、尽管固态电池的研究取得了长足的进步，然而对于固态电池，除了解决电解质本身的技术问题外，还需要重点解决固态电解质/电极的界面问题，包括正极/电解质的界面接触阻抗，负极锂/电解质的界面相容性等问题。固态电解质的室温离子电导率、电极/电解质的固-固界面的离子传输以及电池组装过程的成本和绿色工艺等仍亟待大幅突破。
5、原位聚合是解决固态电池界面问题的重要方法。研究人员已报导了多种聚合物及原位聚合技术，但目前的原位聚合通常都是均相聚合，即将混有引发剂的电解质浆料直接浇注于电池内部，通过热聚、光聚或催化剂引发聚合等方式实现固化，结果是电池内部空间结构单一，要么完全固化，界面柔韧性差，要么凝胶化，固化不完全，可见完全固化或者完全凝胶化都不利于固态电池的稳定性。现实的需求是电解质要固化成一定强度，以抑制锂枝晶生长和热力学变形，同时要保持电极/电解质界面的柔性结合，使电池在充放电过程中不会因电极的体积变化而发生界面分离。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种非均相原位聚合法制备的固态电解质及包含该固态电解质的固态锂、钠电池，通过梯度聚合结构，即非均相原位聚合解决了电解质的结构梯度变化、操作简便化的实际需求问题，实现结构调控(由普通的均相结构调控为梯度结构)，易形成从固态到胶态的刚-柔兼顾的梯度结构，结合了固态与胶态的双重优点，固态的力学性能好有利于锂枝晶的抑制，凝胶态有利于界面结合及缓冲充放电过程中电极的体积变化造成的应力集中，进而解决上述现有技术存在的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、本专利技术技术方案之一：提供一种非均相原位聚合法制备的固态电解质，包括多孔骨架以及负载在所述多孔骨架上的具有梯度结构的电解质；
4、所述电解质在所述多孔骨架上完全固化，在近电极处呈凝胶状态。
5、进一步的，所述电解质包括金属盐和单体。
6、本专利技术技术方案之二：提供一种上述固态电解质的制备方法，步骤包括：
7、将引发剂、粘结剂和填料制备为浆料；
8、在多孔骨架上涂覆所述浆料，干燥后浇注电解质溶液，经梯度聚合，得到所述固态电解质；
9、所述电解质溶液中包含金属盐和聚合物单体。
10、进一步的，所述浆料中引发剂的浓度为1～5wt.％。
11、进一步的，所述浆料中粘结剂的浓度为1～5wt.％。
12、进一步的，所述浆料中填料的浓度为10～50wt.％。
13、进一步的，所述引发剂包括三氟甲磺酸铝(al(otf)3)、辛酸亚锡(sn(oct)2)、六氟磷酸锂(lipf6)和偶氮二异丁腈(aibn)中的至少一种。
14、进一步的，所述粘结剂包括非离子型嵌段共聚物f127、水性粘结剂la123、聚环氧乙烷(peo)、聚偏氟乙烯(pvdf)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(pvdf-hfp)和聚丙烯碳酸酯(ppc)中的至少一种。
15、进一步的，所述填料包括ysz、llzo、lagp、li-β″-al2o3、llto、nlzo和na-β″-al2o3中的至少一种。
16、填料的引入，改善引发剂均匀分布，与聚合物复合可以改善聚合物电解质的离子电导率、热学、力学性能。
17、可选的，制备浆料时，溶剂为去离子水、dmf、nmp、乙醇或丙酮。
18、进一步的，所述多孔骨架为孔隙率大于50％的骨架。
19、可选的，所述多孔骨架为干法pe膜、电纺丝pi纤维膜、pet纤维膜、pvdf纤维膜、玻璃纤维膜或纤维素膜。
20、进一步的，所述金属盐包括litfsi、lifsi、liclo3、libob、natfsi、napf6、naclo3、nafsi和nabob中的至少一种。
21、进一步的，所述聚合物单体包括1,3-二氧戊烷(dol)、聚乙二醇甲基醚丙烯酸酯(pegmea)、甲基丙烯酸甲酯(mma)、聚乙二醇二缩水甘油醚(pegde)、丁二腈(sn)、异氰尿酸三缩水甘油酯(tgic)中的至少一种。
22、上述聚合物单体的自身聚合或组合后聚合得到的聚合物包括但不限于pdol、pegmea-pmma、pdol-pmma、pegde-pmma、pegmea-pmma-sn、pdol-tgic中的一种。
23、进一步的，所述梯度聚合通过自催化或热引发方式实现，时间为30min～24h。
24、可选的，所述自催化的温度为常温；所述热引发的温度为40～60℃。
25、本专利技术通过控制引发剂存在的位置，引发剂集中的地方(骨架上)聚合快且聚合度高，骨架外则聚合度小，离骨架越远，聚合度越低。
26、本专利技术技术方案之三：本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种非均相原位聚合法制备的固态电解质，其特征在于，包括多孔骨架以及负载在所述多孔骨架上的具有梯度结构的电解质；
2.一种权利要求1所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤包括：
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述浆料中引发剂的浓度为1～5wt.％；和/或，
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂包括三氟甲磺酸铝、辛酸亚锡、六氟磷酸锂和偶氮二异丁腈中的至少一种；和/或，
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述多孔骨架为干法PE膜、电纺丝PI纤维膜、PET纤维膜、PVDF纤维膜、玻璃纤维膜或纤维素膜。
6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐包括LiTFSI、LiFSI、LiClO3、LiBOB、NaTFSI、NaPF6、NaClO3、NaFSI和NaBOB中的至少一种；和/或，
7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述梯度聚合通过自催化或热引发方式实现，时间为30min～24h。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述自
9.一种权利要求1所述的非均相原位聚合法制备的固态电解质在固态电池中的应用。
10.一种固态电池，其特征在于，所述固态电池包括权利要求1所述的非均相原位聚合法制备的固态电解质。
...【技术特征摘要】
1.一种非均相原位聚合法制备的固态电解质，其特征在于，包括多孔骨架以及负载在所述多孔骨架上的具有梯度结构的电解质；
2.一种权利要求1所述的固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤包括：
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述浆料中引发剂的浓度为1～5wt.％；和/或，
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂包括三氟甲磺酸铝、辛酸亚锡、六氟磷酸锂和偶氮二异丁腈中的至少一种；和/或，
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述多孔骨架为干法pe膜、电纺丝pi纤维膜、pet纤维膜、pvdf纤维膜、玻璃纤维膜或纤维素膜。
...
【专利技术属性】
技术研发人员：景茂祥，吉建伟，高田坤，方科，胡美琦，邹联力，陈志雄，刘颖，周丽萍，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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