一种安全性能高的PEO聚合物固体电解质及其制备方法、固体锂电池与流程

技术特征：
1.一种安全性能高的peo聚合物固体电解质，其特征在于，包括与正极片接触的pan层，由pan颗粒、无机固体电解质颗粒和锂离子二次电池锂盐构成；与负极片接触的peo层，由peo颗粒、双三氟甲磺酰亚胺锂litfsi和导电颗粒构成；和设置在pan层与peo层之间的无机复合层，由阻燃剂、多孔聚酰亚胺pi和llzo纳米颗粒组成。2.根据权利要求1所述的一种安全性能高的peo聚合物固体电解质，其特征在于，所述pan层中使用的无机固体电解质颗粒为锆酸镧锂llzo纳米粉、钙钛矿型、nasicon颗粒中的一种，所使用的锂离子二次电池锂盐为litfsi、螯合硼类锂盐、螯合磷类锂盐、全氟膦类锂盐、烷基类锂盐、磺酸盐类锂盐、铝酸锂盐类、亚胺锂以及无机电解质锂盐中的一种。3.根据权利要求1所述的一种安全性能高的peo聚合物固体电解质，其特征在于，所述peo层中的导电颗粒为llzo纳米颗粒和磷酸钛铝锂latp纳米颗粒中的一种。4.根据权利要求1所述的一种安全性能高的peo聚合物固体电解质，其特征在于，所述无机复合层中的阻燃剂为十溴二苯乙烷dbdpe、铁氧体黄、空心玻璃微球、对位芳纶纤维、石墨烯、过渡金属二卤化物和六角氮化硼中的一种。5.根据权利要求1所述的一种安全性能高的peo聚合物固体电解质，其特征在于，pan层厚度为25-100μm，peo层厚度为5-150μm，无机复合层厚度为30-100μm，peo聚合物固体电解质总厚度为100-350μm。6.如权利要求1所述的一种安全性能高的peo聚合物固体电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、pan层的制备：将pan颗粒、无机固体电解质颗粒和锂离子二次电池锂盐加到二甲亚砜dmso中形成混合液，pan、无机固体电解质颗粒、锂离子二次电池锂盐和dmso的质量比为10-20:1-3:0.5-1.5:60-70，将上述混合液球磨，将上述混合液置于常温并压力0.005-0.02mpa下一段时间，再将混合液倒入模具真空干燥，得到薄膜即为第一层pan层；步骤二、无机复合层的制备：将聚酰亚胺预聚体paa颗粒、阻燃剂和llzo纳米颗粒以质量比50-70:3-8:4-8加入n-甲基吡咯烷酮nmp中，搅拌得到混合液，nmp质量为混合液质量的30-60%，将混合液滴加到浸入硅油中的水凝胶表面，得到的多孔pi-阻燃剂膜，将pi-阻燃剂膜用水冲洗，空气中干燥；步骤三、peo层的制备：将peo颗粒、litfsi和llzo纳米颗粒以质量比为50-65:5-10:3-6加到二甲亚砜dmso中，搅拌2-6小时得到混合液，dmso的质量为混合液质量的40-65%，将混合液倒入模具，真空干燥，固化后的薄膜即为peo层；步骤四、将上述步骤一~三制备的三层固体电解质层按照顺序叠加，并以10-20mpa压制后，经真空热处理，得到peo聚合物固体电解质。7.根据权利要求6所述的一种安全性能高的peo聚合物固体电解质的制备方法，其特征在于，步骤一中的混合液球磨时间为1-3小时，置于低压下时间为12-24小时，于模具中温度100-120℃下干燥时间为1-3小时；步骤二中混合液搅拌时间为2-6小时，混合液在30-60℃下滴入水凝胶表面，得到的pi-阻燃剂膜用去离子水冲洗3-5次，20-35℃空气中干燥24-48小时；步骤三中混合液搅拌时间为2-6小时，于模具中60-100℃下真空干燥2-6小时；步骤四中真空热处理温度为150-300℃，时间为30-60分钟。8.如权利要求1所述的一种安全性能高的peo聚合物固体电解质制备的固体锂电池，其特征在于，包括正极片、负极片和peo聚合物固体电解质，正极片与负极片位于peo聚合物固
体电解质两侧，正极片与pan层连接，负极片与peo层连接。9.如权利要求8所述的一种安全性能高的peo聚合物固体电解质制备的固体锂电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、正极片的制备：将活性材料、导电剂、粘结剂和llzo无机固体电解质颗粒以质量比60-75:3-6:5-10:2-5，常温下球磨，将混合粉末转入模具，压制成正极片；步骤二、负极片选取锂铟合金片，由锂片和铟片压制而成；步骤三、固体锂电池的制备：将正负极片在10-30mpa下分别压制在peo聚合物复合固体电解质两侧，负极片的锂面朝向peo层连接。10.根据权利要求9所述的一种安全性能高的peo聚合物固体电解质制备的固体锂电池的制备方法，其特征在于，步骤一中的活性材料为镍钴锰氧化物ncm或钴酸锂中的一种，导电剂为碳黑、碳纳米管、导电石墨、碳纳米纤维和科琴黑中的一种，粘结剂为聚偏氟乙烯pvdf和聚氨酯中的一种；球磨时间为30-60分钟；压制压力为20-30mpa；步骤二中压制锂铟合金片所用的锂片和铟片的厚度比为6:4。

技术总结
本发明涉及用于制备固体锂电池的固体电解质技术领域，尤其公开一种安全性能高的PEO聚合物固体电解质及其制备方法、固体锂电池；一种安全性能高的PEO聚合物固体电解质，包括三层固体电解质层：第一层为PAN层，由制成PAN颗粒、无机固体电解质颗粒和锂离子二次电池锂盐；第二层为无机复合层，由阻燃剂、多孔聚酰亚胺PI和锆酸镧锂LLZO纳米颗粒组成；第三层为PEO层，由PEO颗粒、双三氟甲磺酰亚胺锂LiTFSI和LLZO纳米颗粒构成；抗氧化性的PAN层与锂电池高压正极接触，抗还原性的PEO层与锂电池负极接触，有效界面稳定性和相容性，扩大电化学窗口，确保在界面处形成良好连接；高强度轻量化PI支架和阻燃剂提高了固体锂电池的安全性和循环寿命。和循环寿命。


技术研发人员：宫娇娇 陈军 黄建根 郑利峰
受保护的技术使用者：万向一二三股份公司
技术研发日：2021.09.18
技术公布日：2022/6/14