一种聚合物电解质膜制备方法及固态电池与流程

本发明属于固态电池制备，具体涉及一种聚合物电解质膜制备方法及固态电池。

背景技术：

1、锂离子电池因其工作电压高、能量密度大、循环寿命长等突出优点，已经广泛使用于电动汽车，储能，以及各类型电子产品等领域。随着各需求行业的发展，尤其是在电动汽车与储能领域，对于锂离子电池的成本、能量密度、循环寿命和安全性能等方面提出了更高的要求。传统液态锂离子电池主要组成部分为正极、负极、隔离膜和电解液。液态电解液的使用，使得锂离子电池存在漏液、起火、爆炸等安全问题。解决此问题的其中一个思路就是把液态电解液变成固态电解质。

2、近些年，固态电池得到了较为快速的发展，作为固态电池的关键性材料，固态电解质也引发了诸多研究与工艺实践。固态电解质大致分为无机固态电解质与有机聚合物电解质。其中，有机聚合物固态电解质良好的粘弹性、韧性与机械性能，可以更好的提高固态电池中固-固界面的接触稳定性，因此，成为固态电池的一个较优的选择。在聚合物电解质中，聚合物基体材料聚氧化乙烯(peo)应用较为广泛。但是，peo室温离子电导率偏低，本发明提供一种peo的制备方法，提高peo的离子电导率，并使用此聚合物电解质制备得到锂离子固态电池。

3、为了提高peo的室温离子电导率，通常在peo的制备过程中对其进行改性。目前进行的peo改性中，常用无机填料进行添加，可以抑制peo的结晶度，提高离子电导率，但是无机填料添加到peo中，由于其与peo的润湿效果较差，其在peo中分散性不好，容易团聚。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种利用聚乙二醇(peg)修饰无机填料制备电解质膜的方法，修饰后的无机填料再加入peo中，提高其分散性；利用改性后的peo制备成聚合物电解质膜，在膜的表面加入少量的液态碳酸酯类有机物，提升聚合物的室温离子电导率，同时改善界面接触性能。

2、为了实现上述目的，本发明一个技术方案是：一种聚合物电解质膜制备方法，包括以下步骤：向有机溶剂中加入peo、锂盐和经peg修饰的无机填料，搅拌均匀后获得澄清铸膜液，将所述澄清铸膜液浇铸在成膜磨具上，得到初始膜，将所述初始膜进行干燥得到peo聚合物电解质膜；经peg修饰的无机填料的量为peo质量的1％～20％，锂盐的量加入为peo质量的20％～40％。

3、进一步的，经peg修饰的无机填料制备方法包括以下步骤：向有机溶剂中加入peg，搅拌均匀后，再加入无机填料，无机填料的质量为peg质量的1-10倍；超声处理后，直至无机填料均匀分散在溶剂中，进行过滤，将过滤所得固态物进行干燥，得到经peg修饰的无机填料。

4、进一步的，无机填料采用llzto、llzo、sio2、tio2中的一种或多种。

5、进一步的，所述溶剂为乙腈或二甲基甲酰胺。

6、进一步的，超声频率为60-100khz，处理时长为0.5-1h。

7、进一步的，每100ml有机溶剂中加入0.5g～2g peg。

8、进一步的，每100ml有机溶剂中加入1g～3g peo。

9、进一步的，在所述peo聚合物电解质膜两侧滴入碳酸酯，滴入量为1.5μl/cm2-5μl/cm2。

10、进一步的，锂盐为litfsi、lifsi、libob或libf4。

11、本发明另一个技术方案是：提供一种固态电池，包括正极片、负极片以及聚合物电解质膜，聚合物电解质膜位于正极片和负极片之间，聚合物电解质膜采用基于本发明所述方法制备得到的peg修饰的无机填料改性peo聚合物电解质膜。

12、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

13、固态电池相较于液体电池，安全性更好，能量密度更高；无机填料与peo的润湿性差，在其中分散性差，易于团聚，通过peg修饰后的无机填料添加到peo，提高无机填料的分散性，避免无机填料团聚，同时提高peo的离子电导率；peo聚合物电解质膜室温离子电导率差，在其表面添加少量的碳酸酯，可以有效提高peo膜的室温离子电导率，同时改善界面接触性能；大量的碳酸酯对peo有一定的溶解性，同时，无机填料一定程度上可以抑制碳酸酯对peo的溶解效果。

技术特征：

1.一种聚合物电解质膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：向有机溶剂中加入peo、锂盐和经peg修饰的无机填料，搅拌均匀后获得澄清铸膜液，将所述澄清铸膜液浇铸在成膜磨具上，得到初始膜，将所述初始膜进行干燥得到peo聚合物电解质膜；经peg修饰的无机填料的量为peo质量的1％～20％，锂盐的量为peo质量的20％～40％。

2.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜制备方法，其特征在于，经peg修饰的无机填料制备方法包括以下步骤：向有机溶剂中加入peg，搅拌均匀后，再加入无机填料，无机填料的质量为peg质量的1-10倍；超声处理后，直至无机填料均匀分散在溶剂中，进行过滤，将过滤所得固态物进行干燥，得到经peg修饰的无机填料。

3.根据权利要求1或2所述的聚合物电解质膜制备方法，其特征在于，无机填料采用llzto、llzo、sio2、tio2中的一种或多种。

4.根据权利要求1或2所述的聚合物电解质膜制备方法，其特征在于，所述溶剂为乙腈或二甲基甲酰胺。

5.根据权利要求2所述的聚合物电解质膜制备方法，其特征在于，超声频率为60-100khz，处理时长为0.5-1h。

6.根据权利要求2所述的聚合物电解质膜制备方法，其特征在于，每100ml有机溶剂中加入0.5g～1.5g peg。

7.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜制备方法，其特征在于，每100ml有机溶剂中加入1g～3g peo。

8.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜制备方法，其特征在于，在所述peo聚合物电解质膜两侧滴入碳酸酯，滴入量为1.5μl/cm2-5μl/cm2。

9.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜制备方法，其特征在于，锂盐为litfsi、lifsi、libob或libf4。

10.一种固态电池，其特征在于，包括正极片、负极片以及聚合物电解质膜，聚合物电解质膜位于正极片和负极片之间，聚合物电解质膜采用基于权利要求1-9任一项所述方法制备得到的peg修饰的无机填料改性peo聚合物电解质膜。

技术总结
本发明公开一种聚合物电解质膜制备方法及固态电池，聚合物电解质膜制备方法包括以下步骤：向有机溶剂中加入PEO、锂盐和经PEG修饰的无机填料，搅拌均匀后获得澄清铸膜液，将所述澄清铸膜液浇铸在成膜磨具上，得到初始膜，将所述初始膜进行干燥得到PEO聚合物电解质膜；经PEG修饰的无机填料的量为PEO质量的1％～20％，锂盐的量加入为PEO质量的20％～40％；通过PEG修饰后的无机填料添加到PEO，提高无机填料的分散性，避免无机填料团聚，同时提高PEO的离子电导率；PEO聚合物电解质膜室温离子电导率差，在其表面添加少量的碳酸酯，可以有效提高PEO膜的室温离子电导率，同时改善界面接触性能。

技术研发人员：张江涛,刘明义,徐若晨,曹传钊,刘大为,裴杰,曹曦,朱勇,孙周婷,白盼星,王佳运,贾志全
受保护的技术使用者：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13