【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固态电解质，尤其涉及一种复合固态电解质膜、固态锂金属电池及其制备方法。
技术介绍
1、现代社会的高速发展对高能量密度和高安全性储能装置的需求不断增长，推动了能够匹配锂金属负极和高压正极的固态电解质的发展。复合固态电解质结合了聚合物固态电解质和无机固态电解质的优点，成为应用于下一代锂金属固态电池的有力候选。无机填料和聚合物之间的路易斯酸碱相互作用能够在界面处建立锂离子传输路径，从而显著提高离子电导率。在众多填料类别中，快离子导体由于其体相以及与聚合物的界面处提供多重锂离子输运通道而常被用作复合固态电解质的填料。在传统的全固态复合电解质中，随着快离子填料含量的增加，离子电导率通常由于渗流网络的形成而增加到一个峰值，然后在达到临界含量(10～20wt％)后由于填料的团聚而降低，峰值称为“渗流阈值”。然而，全固态复合电解质的室温离子电导率难以满足电池室温运行，严重限制了其实际应用。
2、以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提出一种复合固态电解质膜、固态锂金属电池及其制备方法，使得全固态复合电解质的室温离子电导率能够满足电池室温运行，适合大规模生产运用。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方
4、进一步地，所述快离子导体填料包括li6.4la3zr1.4ta0.6o12、li7la3zr2o12、li0.5la0.5tio3中的任意一种。
5、优选地，所述快离子导体填料的质量是所述pvdf聚合物基体的质量的5％～35％。
6、进一步地，所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂中的至少一种。
7、优选地，所述锂盐与所述pvdf聚合物基体的质量比为1:3～1:1。
8、进一步地，所述酰胺添加剂为2,2,2-三氟乙酰胺、n-甲基-2,2,2-三氟乙酰胺、n,n-甲基-2,2,2-三氟乙酰胺中的至少一种。
9、优选地，所述酰胺添加剂与所述pvdf聚合物基体的质量比为1:8～1:1。
10、第二方面，本专利技术公开了一种第一方面所述的复合固态电解质膜的制备方法，包括以下步骤：
11、a1：在保护气氛下，将酰胺添加剂、锂盐和快离子导体填料加入到第一容器；
12、a2：将第一有机溶剂和pvdf聚合物基体加入到所述第一容器内，并进行搅拌，得到均匀的透明溶液；
13、a3：将步骤a2得到的溶液浇铸在聚四氟乙烯皿中，并进行烘干，得到复合固态电解质膜。
14、进一步地，所述第一有机溶剂选自n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺、丙酮、无水乙腈、四氢呋喃中的任意一种。
15、优选地，所述pvdf聚合物基体在有所述第一有机溶剂中的浓度为0.01g/ml～0.05g/ml。
16、进一步地，步骤a2中，溶液的搅拌温度为25℃～55℃，搅拌时间为4h以上。
17、优选地，步骤a3中，烘干温度为50℃～60℃，烘干时间为20h～24h。
18、第三方面，本专利技术公开了一种固态锂金属电池，包括正极、锂金属负极和第一方面所述的复合固态电解质膜。
19、第四方面，本专利技术公开了一种固态锂金属电池的制备方法，包括以下步骤：
20、b1：采用如第二方面所述的复合固态电解质膜的制备方法制备复合固态电解质膜；
21、b2：将活性物质、导电剂和粘结剂进行研磨，加入第二有机溶剂得到电极浆料，采用刮涂法均匀涂布在集流体上，并将涂布好的集流体在真空状态下高温烘干以获得正极电极极片；
22、b3：准备锂金属负极，并将步骤b1中的所述固态电解质膜、步骤b2中的所述正极电极极片和所述锂金属负极进行组装，得到固态锂金属电池。
23、进一步地，所述导电剂选自super p、乙炔黑、科琴黑中的至少一种；所述粘结剂选自pvdf、ptfe中的至少一种，所述活性物质选自lini0.8co0.1mn0.1o2、lifepo4、licoo2中的任意一种。
24、优选地，步骤b2中的所述活性物质的质量百分比为80％～94％，所述导电剂的质量百分比为3％～10％，所述粘结剂的质量百分比为3％～10％，所述活性物质、所述导电剂和所述粘结剂的总量为100％。
25、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的复合固态电解质膜、固态锂金属电池及其制备方法，其中的复合固态电解质膜包括快离子导体填料、pvdf聚合物基体、锂盐和酰胺添加剂，且酰胺添加剂能够与锂离子进行弱配位，从而调控锂离子的配位结构，降低锂离子在填料界面的输运能垒，提高其界面扩散系数，在复合固态电解质内部中构建了高效的锂离子传输通道，提升原先缓慢的聚合物/陶瓷界面动力学，将原先锂离子和快离子导体填料较慢的离子交换速率大大提升；确保了在固态锂金属电池内部的锂离子快速传输，大大提高了离子电导率，使得全固态复合电解质的室温离子电导率能够满足电池室温运行，适合大规模生产运用。同时，由于酰胺添加剂和锂离子的配位作用较弱，促进更多的锂盐阴离子进入配位层内部，形成了富无机的电极/电解质界面，抑制了电池循环过程中锂枝晶的生长；使得所制备的固态锂金属电池，能够实现在宽温域和大倍率下运行，且具有优异的循环容量与长循环稳定性。因此，本专利技术的复合固态电解质膜、固态锂金属电池及其制备方法，解决了复合电解质内部离子输运能力低、聚合物/陶瓷界面离子运输受阻、宽温域和大倍率下循环寿命短的问题。
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1.一种复合固态电解质膜，其特征在于，包括快离子导体填料、PVDF聚合物基体、锂盐和酰胺添加剂，其中所述酰胺添加剂能够与所述锂离子进行弱配位。
2.根据权利要求1所述的复合固态电解质膜，其特征在于，所述快离子导体填料包括Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12、Li7La3Zr2O12、Li0.5La0.5TiO3中的任意一种，优选地，所述快离子导体填料的质量是所述PVDF聚合物基体的质量的5％～35％。
3.根据权利要求1所述的复合固态电解质膜，其特征在于，所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂中的至少一种，优选地，所述锂盐与所述PVDF聚合物基体的质量比为1:3～1:1。
4.根据权利要求1所述的复合固态电解质膜，其特征在于，所述酰胺添加剂为2,2,2-三氟乙酰胺、N-甲基-2,2,2-三氟乙酰胺、N,N-甲基-2,2,2-三氟乙酰胺中的至少一种，优选地，所述酰胺添加剂与所述PVDF聚合物基体的质量比为1:8～1:1。
5.一种权利要求1至4任一项所述的复合固态电解质膜的制备方法，其特征在于，包
6.根据权利要求5所述的复合固态电解质膜的制备方法，其特征在于，所述第一有机溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、无水乙腈、四氢呋喃中的任意一种，优选地，所述PVDF聚合物基体在有所述第一有机溶剂中的浓度为0.01g/mL～0.05g/mL。
7.根据权利要求5所述的复合固态电解质膜的制备方法，其特征在于，步骤A2中，溶液的搅拌温度为25℃～55℃，搅拌时间为4h以上；优选地，步骤A3中，烘干温度为50℃～60℃，烘干时间为20h～24h。
8.一种固态锂金属电池，其特征在于，包括正极、锂金属负极和权利要求1至5任一项所述的复合固态电解质膜。
9.一种固态锂金属电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的固态锂金属电池的制备方法，其特征在于，所述导电剂选自Super P、乙炔黑、科琴黑中的至少一种；所述粘结剂选自PVDF、PTFE中的至少一种，所述活性物质选自LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiFePO4、LiCoO2中的任意一种；优选地，步骤B2中的所述活性物质的质量百分比为80％～94％，所述导电剂的质量百分比为3％～10％，所述粘结剂的质量百分比为3％～10％，所述活性物质、所述导电剂和所述粘结剂的总量为100％。
...【技术特征摘要】
1.一种复合固态电解质膜，其特征在于，包括快离子导体填料、pvdf聚合物基体、锂盐和酰胺添加剂，其中所述酰胺添加剂能够与所述锂离子进行弱配位。
2.根据权利要求1所述的复合固态电解质膜，其特征在于，所述快离子导体填料包括li6.4la3zr1.4ta0.6o12、li7la3zr2o12、li0.5la0.5tio3中的任意一种，优选地，所述快离子导体填料的质量是所述pvdf聚合物基体的质量的5％～35％。
3.根据权利要求1所述的复合固态电解质膜，其特征在于，所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂中的至少一种，优选地，所述锂盐与所述pvdf聚合物基体的质量比为1:3～1:1。
4.根据权利要求1所述的复合固态电解质膜，其特征在于，所述酰胺添加剂为2,2,2-三氟乙酰胺、n-甲基-2,2,2-三氟乙酰胺、n,n-甲基-2,2,2-三氟乙酰胺中的至少一种，优选地，所述酰胺添加剂与所述pvdf聚合物基体的质量比为1:8～1:1。
5.一种权利要求1至4任一项所述的复合固态电解质膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的复合固态电解质膜的制备方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：贺艳兵，朱倩楠，杨科，陈立坤，安旭飞，郭少柯，李宇航，马岳韬，柳明，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：
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