专利名称：一种全固态电解质及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电解质及其制备方法和应用。
背景技术：
目前广泛应用的锂离子二次电池存在如下缺点
一、 用液态电解质(例如LiPF6-EC-DEC液态电解质)易挥发，电解质
容易从电池中泄漏，存在不安全隐患。同时，应用液态电解质的电池在高温时 也存在不安全隐患。
二、 用凝胶聚合物电解质(例如LiClCVEC-PC-PAN凝胶聚合物电解质) 的机械性能很差，成型困难。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有锂离子二次电池存在液态电解质易挥发并 且存在泄漏的不安全隐患，或者凝胶聚合物电解质的机械性能很差而且成型困 难的问题，而提供了一种全固态电解质及其制备方法和应用。本发明创造所采 用全固态电解质代替液态电解质或凝胶聚合物电解质。本发明的全固态电解质 由锂盐、聚环氧乙烷(PEO)和超细粉填料组成，其中聚环氧乙烷的EO基 (CHrCHrO)与锂盐的摩尔比为2 20:1，超细粉填料与锂盐的质量比为1: 1 15。所述的超细粉填料为纳米锂皂石、A1203、 Ti02、 Zr02、 Si02或粘土。 所述的锂盐为LiC104、 LiCF3S03、 LiPF6中的一种或其中几种的混合。
本发明的全固态电解质的制备方法是由下述步骤实现的 一、将锂盐与溶 剂混匀，得到浓度为5~20g/L的锂盐溶液，然后按聚环氧乙垸的EO基与锂盐 摩尔比为2 20:1的配比将PEO粉末缓慢撒入锂盐溶液中搅拌至均匀；二、按 每升溶剂加入20 30g超细粉填料的配比将超细粉填料加入溶剂中混匀，超细 粉填料与步骤一中锂盐的质量比为1: i~15，静置3 10min (若有沉淀则弃去 沉淀物)；三、将步骤一与步骤二的混合液混匀，浇注到模具中，在10。C 80。C 条件下干燥0.5~3天后成型，脱模，得产品。
将本发明的全固态电解质用作全固态二次锂电池的电解质。
所述的全固态二次锂电池的正极材料为LiFeP04或LiNizMnxCoy02， x+y+z=l， 0《x《l， 0《y《l， 0《z《l。所述的全固态二次锂电池的负极材 料为金属锂。
与现有技术相比，本发明具有以下优点
1、 本发明的全固态电解质可同时起到电解质和隔膜的双重作用。
2、 本发明的全固态电解质可以与金属锂匹配，避免了用液态电解质或凝 胶聚合物电解质与金属锂负极匹配时，金属锂负极容易产生枝晶，剌破隔膜从 而导致短路的情况。现有负极材料的比容量小(例如负极材料为LiC6的锂 离子二次电池理论比容量为372mAh/g)。而金属锂的理论比容量为3860 mAh/g，为目前广泛应用的LiC6负极材料理论比容量的十余倍。
4、 本发明全固态电解质制作的全固态二次锂电池中不存在液态或凝胶态 的有机溶剂，在高温环境中使用不存在不安全隐患。
5、 本发明制得的全固态电解质电导率(20°C)》lxl(T4S/cm。
6、 本发明的全固态电解质易于切割，因此其机械性能优良，并且成型容易。
具体实施例方式
具体实施方式
一本实施方式的全固态电解质由锂盐、聚环氧乙垸(PEO) 和超细粉填料组成，其中聚环氧乙烷的EO基(CH2-CH2-0)与锂盐的摩尔比 为2~20: 1，超细粉填料与锂盐的质量比为1: 1~15。
本实施方式中超细粉填料为纳米锂皂石、纳米Al203、纳米Ti02、纳米Zr02、 纳米Si02或纳米粘土。锂盐为高氯酸锂(LiC104)、三氟甲基磺酸锂(LiCF3S03)、 六氟磷酸锂(LiPF6)中的一种或其中几种的混合；当锂盐为混合物时，各种 锂盐间按任意比混合。
具体实施方式
二本实施方式中超细粉填料的粒径为lnm 500nm。其它 与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式中超细粉填料的粒径为10~400nm。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四本实施方式中超细粉填料的粒径为50nm。其它与具体 实施方式一相同。
具体实施方式
五本实施方式中超细粉填料的粒径为100nm。其它与具体
实施方式一相同。
具体实施方式
六本实施方式中超细粉填料的粒径为200nm。其它与具体 实施方式一相同。
具体实施方式
七本实施方式中超细粉填料的粒径为300nm。其它与具体 实施方式一相同。
具体实施方式
八本实施方式中超细粉填料的粒径为400nm。其它与具体 实施方式一相同。
具体实施方式
九本实施方式中聚环氧乙烷的EO基(CH2-CH2-0)与锂 盐的摩尔比为4 8:1。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十本实施方式中聚环氧乙垸的EO基(CH2-CH2-0)与锂 盐的摩尔比为5 7: 1。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十一本实施方式中聚环氧乙烷的EO基(CH2-CH2-0)与 锂盐的摩尔比为6: 1。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十二本实施方式中超细粉填料与锂盐的质量比为1:4。其 它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十三本实施方式中超细粉填料与锂盐的质量比为1:5。其 它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十四本实施方式中超细粉填料与锂盐的质量比为1: 10。 其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十五本实施方式中全固态电解质的制备方法是由下述步骤 实现的 一、将锂盐与溶剂混匀，得到浓度为5~20g/L的锂盐溶液，然后按聚 环氧乙烷的EO基与锂盐摩尔比为2~20: 1的配比将PEO粉末缓慢撒入锂盐 溶液中搅拌至均匀；二、按每升溶剂加入20 30g超细粉填料的配比将超细 粉填料加入溶剂中混匀，超细粉填料与步骤一中锂盐的质量比为1: 1~15，静 置3 10min;三、将步骤一与步骤二的混合液混匀，浇注到模具中，在10。C 80。C 条件下干燥0.5 3天后成型，脱模，得产品。
本实施方式在步骤二中静置后若有沉淀则弃去沉淀物。 本实施方式制得的固态电解质电导率(20°C)》lxl(T4S/Cm。
具体实施方式
十六本实施方式在步骤一中锂盐为LiC104、 LiCF3S03、
LiPF中的一种或其中几种的混合。其它反应步骤与具体实施方式
十五相同。 当锂盐为混合物时，各种锂盐间按任意比混合。
具体实施方式
十七本实施方式在步骤二中超细粉填料为纳米锂皂石、 A1203、 Ti02、 Zr02、 Si02或粘土。其它反应步骤与具体实施方式
十五相同。
具体实施方式
十八本实施方式在步骤一和步骤二中的溶剂为乙腈、丙酮 或水。其它反应步骤与具体实施方式
十五相同。
具体实施方式
十九本实施方式在步骤二中采用超声振荡或搅拌方法将超
细粉填料与溶剂混匀。其它反应步骤与具体实施方式
十五相同。
具体实施方式
二十本实施方式在步骤二中采用先超声振荡再搅拌方法将 超细粉填料与溶剂混匀。其它反应步骤与具体实施方式
十五相同。
具体实施方式
二十一本实施方式中全固态电解质的制备方法是由下述步 骤实现的 一、将0.4g加入40ml乙腈中混匀，然后1.3§ ￡0粉末缓慢撒入 LiC104溶液中搅拌至均匀；二、按每升溶剂加入25g超细粉填料的配比将超细 粉填料加入溶剂中，超细粉填料与步骤一中锂盐的质量比为1: 5，先超声振 荡15 30min再搅拌20min,静置3 10min (若有沉淀则弃去沉淀物)；三、 将步骤一与步骤二的混合液混匀，浇注到模具中，在8(TC条件下干燥1天后
成型，脱模，得产品。
具体实施方式
二十二本实施方式将具体实施方式
一的全固态电解质用作 全固态二次锂电池的电解质。
具体实施方式
二十三本实施方式中全固态二次锂电池的正极材料为 LiFeP04或LiNizMnxCoy02， x+y+z=l， 0《x《l， 0《y《l， 0《z《l。其它与具体实施方式
二十二相同。
具体实施方式
二十四本实施方式的正极材料为LiNio.3Mno.5Coo.2O2。其 它与具体实施方式
二十二相同。
具体实施方式
二十五本实施方式中全固态二次锂电池的负极材料为金属 锂。其它与具体实施方式
二十二相同。
权利要求
1、一种全固态电解质，其特征在于全固态电解质由锂盐、聚环氧乙烷和超细粉填料组成，其中聚环氧乙烷中的EO基与锂盐的摩尔比为2～20∶1，超细粉填料与锂盐的质量比为1∶1～15。
2、 根据权利要求1所述的一种全固态电解质，其特征在于超细粉填料为 纳米锂皂石、纳米八1203、纳米Ti02、纳米Zr02、纳米Si02或纳米粘土。
3、 根据权利要求1所述的一种全固态电解质，其特征在于锂盐为高氯酸 锂、三氟甲基磺酸锂、六氟磷酸锂中的一种或其中几种的混合。
4、 根据权利要求1所述的一种全固态电解质，其特征在于聚环氧乙烷的 EO基与锂盐的摩尔比为4 8: 1。
5、 根据权利要求1所述的一种全固态电解质，其特征在于超细粉填料与 锂盐的质量比为1:4~10。
6、 制备权利要求1所述的一种全固态电解质的方法，其特征在于全固态 电解质的制备方法是由下述步骤实现的 一、将锂盐与溶剂混匀，得到浓度为 5~20g/L的锂盐溶液，然后按环氧乙垸的EO基与锂盐摩尔比为2~20: 1的配比 将PEO粉末缓慢撒入锂盐溶液中搅拌至均匀；二、按每升溶剂加入20 30g超 细粉填料的配比将超细粉填料加入溶剂中混匀，超细粉填料与步骤一中锂盐的 质量比为1:1 15，静置3 10min;三、将步骤一与步骤二的混合液混匀，浇 注到模具中，在1(TC 8(TC条件下干燥0.5 3天后成型，脱模，得产品。
7、 根据权利要求6所述的一种全固态电解质的制备方法，其特征在于本 实施方式在步骤一和步骤二中的溶剂为乙腈、丙酮或水。
8、 根据权利要求1所述的一种全固态电解质的应用，其特征在于将权利 要求1中的全固态电解质用作全固态二次锂电池的电解质。
9、 根据权利要求8所述的一种全固态电解质的应用，其特征在于全固态 二次锂电池的正极材料为LiFeP04或LiNizMnxCoy02， x+y+z=l， 0《x《l， 0
10、 根据权利要求8所述的一种全固态电解质的应用，其特征在于全固态 二次锂电池的负极材料为金属锂。
全文摘要
一种全固态电解质及其制备方法和应用，它涉及一种电解质及其制备方法和应用。它解决了现有锂离子二次电池存在液态电解质易挥发并且存在泄漏的不安全隐患，或者凝胶聚合物电解质的机械性能很差而且成型困难的问题。全固态电解质由锂盐、聚环氧乙烷(PEO)、超细粉填料组成。本发明制备全固态电解质的方法为一、将锂盐与溶剂混匀再撒入PEO粉末混匀；二、将超细粉填料加入溶剂中混匀，再静置；三、将步骤一与步骤二的混合液混匀，浇模，干燥后成型，脱模后得产品。本发明的全固态电解质用作全固态二次锂电池的电解质。本发明的全固态电解质与金属锂负极匹配，不存在液态电解质泄露的不安全隐患，并且机械性能优良且成型容易。
文档编号H01M10/02GK101183727SQ200710144760
公开日2008年5月21日 申请日期2007年12月6日 优先权日2007年12月6日
发明者柳 杨, 王淑堂, 顾大明 申请人:哈尔滨工业大学