利用三维网络纤维增强的复合固态电解质及其制备方法

本发明涉及锂离子电池，具体涉及一种利用三维网络纤维增强的复合固态电解质及其制备方法。

背景技术：

1、鉴于锂离子电池能量密度高、输出电压高和使用寿命长等优点，可以普遍应用于便携式电子产品、电动汽车等设备。锂电池结构的四大组成部分包括：正极、负极、有机电解液和隔膜。但是电解液在高温工作时稳定性较差,容易泄露、存储不当的时候容易挥发,安全性较低。而采用全固态电解质则可以从根本上避免这些安全问题。固态电解质在正负极材料之间进行锂离子传输，其离子转移速度决定了电池的功率，更重要的是，由于大多数固态电解质展现出更宽的电化学窗口，因此可以更好的与锂金属相搭配，因而具有高功率、高能量密度、高安全性的潜能。

2、固态电解质分成两类:无机陶瓷电解质、有机聚合物电解质。无机陶瓷电解质的机械性能好，但是，陶瓷又硬又脆，难加工，难以规模化生产，并且和正负极的界面接触也不好。聚合物电解质轻柔、易加工，可塑性强，但是它具有机械性能差、室温离子电导率低的缺点，这也限制了其在全固态电池中的应用。

技术实现思路

1、针对现有聚合物电解质机械性能差，电化学性能低的缺陷，本发明提供了一种利用三维网络纤维增强的复合固态电解质，并以此电解质组装一种全固态锂电池，其具有优异的电化学性能。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种利用三维网络纤维增强的复合固态电解质，其包括无机氧化物、聚合物高分子和锂盐，以所述无机氧化物构建三维网络纤维骨架，然后将聚合物以及锂盐填充进三维骨架之中。

3、其中，所述复合固态电解质由无机氧化物、聚合物高分子和锂盐组成。

4、其中，所述复合固态电解质中，无机氧化物的质量分数为8～38％，聚合物高分子质量分数为55～88％，锂盐7～12％。

5、其中，所述无机氧化物优选为氧离子导体。

6、其中，所述氧离子导体的通式为la1-xsrxga1-ymgyo3-z，该通式中0.1≤x≤0.3、0.1≤y≤0.3、z＝(x+y)/2。

7、其中，所述聚合物高分子为聚环氧乙烷、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。

8、其中，所述锂盐为高氯酸锂、六氟磷酸锂、二三氟甲基磺酰基亚胺锂、二草酸硼酸锂中的一种或几种。

9、本发明还提供上述复合固态电解质的制备方法，其包括：

10、第一步，采用纺丝法将无机氧化物制备成三维网络纤维无机氧化物导体薄膜；

11、第二步，将聚合物高分子与锂盐溶于溶剂中，充分搅拌，得到均匀的混合溶液；

12、第三步，将第一步中的三维无机氧化物网络纤维薄膜按照一定比例与第二步中的混合溶液混合，使得混合溶液完全浸润三维无机氧化物网络纤维薄膜，溶剂挥发完全后，得到有三维网络纤维增强的复合固态电解质。

13、其中，所述的纺丝法为干法纺丝、湿法纺丝、干湿法混合纺丝中的一种。

14、其中，所述的纺丝法是将无机氧化物导体与成纤聚合物配置成纺丝溶液，进行纺丝得到纤维薄膜，对纺丝纤维进行热处理除去剩余溶剂得到三维网络纤维无机氧化物导体薄膜。

15、本发明还提供一种固态二次锂离子电池，采用了上述的有机/无机复合固态电解质制成的薄膜。

16、其中，所述固态二次锂离子电池的正极材料为磷酸铁锂、钴酸锂、锰钴镍三元材料中的至少一种。

17、其中，所述固态二次锂离子电池的负极材料为金属锂片或石墨。

18、本发明的有益效果

19、本发明制备得到了柔性的具有三维网络纤维骨架支撑的复合固态电解质，与一般的聚合物电解质相比，具有三维网络纤维骨架支撑的复合固态电解质的机械强度更高，并且三维骨架更有利于锂离子的迁移，能够用有效的增加复合固态电解质的电化学性能，可应用于固态锂电池之中。

技术特征：

1.一种利用三维网络纤维增强的复合固态电解质，其特征在于：包括无机氧化物、聚合物高分子和锂盐，以所述无机氧化物构建三维网络纤维骨架，然后将聚合物以及锂盐填充进三维骨架之中。

2.如权利要求1所述利用三维网络纤维增强的复合固态电解质，其特征在于：所述复合固态电解质由无机氧化物、聚合物高分子和锂盐组成。

3.如权利要求1或2所述利用三维网络纤维增强的复合固态电解质，其特征在于：所述复合固态电解质中，无机氧化物的质量分数为8～38％，聚合物高分子质量分数为55～88％，锂盐7～12％。

4.如权利要求1或2所述利用三维网络纤维增强的复合固态电解质，其特征在于：所述无机氧化物为氧离子导体。

5.如权利要求4所述利用三维网络纤维增强的复合固态电解质，其特征在于：所述氧离子导体的通式为la1-xsrxga1-ymgyo3-z，该通式中0.1≤x≤0.3、0.1≤y≤0.3、z＝(x+y)/2。

6.如权利要求1或2所述利用三维网络纤维增强的复合固态电解质，其特征在于：所述聚合物高分子为聚环氧乙烷、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。

7.如权利要求1或2所述利用三维网络纤维增强的复合固态电解质，其特征在于：所述锂盐为高氯酸锂、六氟磷酸锂、二三氟甲基磺酰基亚胺锂、二草酸硼酸锂中的一种或几种。

8.权利要求1或2所述复合固态电解质的制备方法，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述复合固态电解质的制备方法，其特征在于：所述的纺丝法为干法纺丝、湿法纺丝、干湿法混合纺丝中的一种。

10.如权利要求8或9所述复合固态电解质的制备方法，其特征在于：所述的纺丝法是将无机氧化物导体与成纤聚合物配置成纺丝溶液，进行纺丝得到纤维薄膜，对纺丝纤维进行热处理除去剩余溶剂得到三维网络纤维无机氧化物导体薄膜。

11.一种固态二次锂离子电池，其特征在于：采用了权利要求1或2所述复合固态电解质制成的薄膜。

12.如权利要求11所述固态二次锂离子电池，其特征在于：所述固态二次锂离子电池的正极材料为磷酸铁锂、钴酸锂、锰钴镍三元材料中的至少一种。

13.如权利要求11或12所述固态二次锂离子电池，其特征在于：所述固态二次锂离子电池的负极材料为金属锂片或石墨。

技术总结
本发明采用静电纺丝法制备柔性的具有三维网络骨架支撑的氧离子导体La<subgt;1‑x</subgt;Sr<subgt;x</subgt;Ga<subgt;1‑</subgt;<subgt;y</subgt;Mg<subgt;y</subgt;O<subgt;3‑z</subgt;(0.1≤x≤0.3、0.1≤y≤0.3、z＝(x+y)/2)(LSGM)纤维，然后与聚合物电解质复合,不但提高了固态二次锂离子电池中复合固态电解质的机械强度，而且其三维骨架更有利于锂离子的迁移，能够有效的提高复合固态电解质的电化学性能，可应用于固态锂电池之中。

技术研发人员：李妍,周晗洁
受保护的技术使用者：北京石油化工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13