含单原子催化剂的复合固态电解质膜以及其制备方法、电池与流程

本发明涉及固态电解质相关，特别关于一种含单原子催化剂的复合固态电解质膜以及其制备方法、电池。

背景技术：

1、液态电解质的安全性是制约锂离子电池发展的主要因素，全固态(或半固态)电池是目前公认可取代液态电池的首选，两者的主要区别在于：电解质型态不同。固态电池的电解质呈现固态，可避免液态电解质溶剂挥发分解等因素造成的安全性隐患，然而目前固态电池遇到的界面问题仍然是个挑战。传统的固态电解质制程是将粉料直接压成膜状，这种方法制得的固态电解质不仅机械强度低，且在后期电池充放电的过程中容易出现裂纹和粉体脱落，影响电池的安全性。为解决压膜取得的固态电解质所面临的问题，后续提出以聚合物作为载体，并于其两面复合固态电解质层制备成固态电解质膜，聚合物载体可作为支撑来提高机械强度，但聚合物的低离子电导率问题仍有待解决。

2、综上，如何使固态电解质同时达到高机械强度与高离子电导率确实是本发明相关研究人员或业者深切盼望的。

技术实现思路

1、本发明在多孔固态电解质层中引入具有出色的锂亲和力和高催化动力学性能的单原子催化剂，并结合静电纺丝技术和气相沉积法来制备取得此种复合固态电解质膜，其不仅可提高电池离子电导率，还可提高固态电解质膜的强度。

2、因此，本发明提出一种复合固态电解质膜，其包括：一多孔固态电解质层以及一单原子催化剂，所述单原子催化剂填充在所述多孔固态电解质层的孔隙中或附着在所述多孔固态电解质层的表面。

3、示例地，所述多孔固态电解质层包括：聚合物纤维材料、固态电解质、聚合物改性剂、增塑剂、及锂盐。

4、示例地，所述聚合物纤维材料选自聚偏氟乙烯(pvdf)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(pvdf-hfp)、聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚乙烯对苯二甲酸酯(pet)、及芳纶中的一种或多种。

5、示例地，所述固态电解质选自无机氧化物固态电解质、硫化物固态电解质、及聚合物固态电解质中的一种或多种。

6、示例地，所述聚合物改性剂选自聚碳酸丙烯酯(ppc)。

7、示例地，所述增塑剂选自丁二腈(sn)、己二腈、迭氮化锂、聚乙二醇、聚乙二醇二丙烯酸酯、及三烯丙基异三聚氰酸酯中的一种或多种。

8、示例地，所述锂盐选自氟化锂(lif)、双氟磺酼亚胺锂(lifsi)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(litfsi)、双(全氟乙基磺酰亚胺)锂(libeti)、二草酸硼酸锂(libob)、高氯酸锂(liclo4)、六氟磷酸锂(lipf6)、二氟草酸硼酸锂(lidfob)、三氟甲基磺酸锂(cf3so3li)、四氟硼酸锂(libf4)、lino3、liasf6、lipo2f2、lipf4、与litfa中的一种或多种。

9、示例地，所述单原子催化剂选自单原子钴、单原子镍、单原子铜、及单原子锰中的一种或多种。

10、示例地，所述单原子催化剂在所述多孔固态电解质层的孔隙中的含量是从所述多孔固态电解质层的一第一侧至一相对的第二侧递减。

11、示例地，所述多孔固态电解质层的第一侧用于面向电池的负极，所述多孔固态电解质层的第二侧用于面向电池的正极。

12、本发明提出一种上述复合固态电解质膜的制备方法，其包括：提供一静电纺丝液；对所述静电纺丝液进行静电纺丝，以得到所述多孔固态电解质层；以及引入所述单原子催化剂至所述多孔固态电解质层的孔隙中。

13、示例地，采用气相沉积法引入所述单原子催化剂至所述多孔固态电解质层的孔隙中。

14、示例地，所述静电纺丝液包括聚合物纤维材料、固态电解质、聚合物改性剂、增塑剂、锂盐、及溶剂。

15、本发明提出一种固态电池，其包括：一正极、一负极、以及一固态电解质，所述固态电解质是上述复合固态电解质膜并位于所述正极及所述负极之间。

16、本发明的有益效果在于通过静电纺丝和气相沉积法设计出具有纤维网络结构的自支撑复合固体电解质，其含有聚合物纤维材料、固态电解质、聚合物改性剂、增塑剂、锂盐及单原子催化剂。由于聚合物改性剂和聚合物纤维材料的独特性质不仅可为固态电解质增加强度，而且聚合物改性剂可有效地通过聚合物链的分段运动来减少结晶部分，从而促进离子转运，提高锂离子电导率。而且，单原子催化剂的金属活性位点可以吸附锂离子，让锂离子均匀沉积，使锂离子快速均匀地穿过膜，可为锂离子传输提供加速通道，进一步提高锂离子电导率。

技术特征：

1.一种复合固态电解质膜，其特征在于，包括：一多孔固态电解质层以及一单原子催化剂，所述单原子催化剂填充在所述多孔固态电解质层的孔隙中或附着在所述多孔固态电解质层的表面。

2.根据权利要求1所述的复合固态电解质膜，其特征在于，所述多孔固态电解质层包括：聚合物纤维材料、固态电解质、聚合物改性剂、增塑剂、及锂盐。

3.根据权利要求2所述的复合固态电解质膜，其特征在于，所述聚合物纤维材料选自聚偏氟乙烯(pvdf)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(pvdf-hfp)、聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、聚乙烯对苯二甲酸酯(pet)、及芳纶中的一种或多种；且/或，所述固态电解质选自无机氧化物固态电解质、硫化物固态电解质、及聚合物固态电解质中的一种或多种；且/或，所述聚合物改性剂选自聚碳酸丙烯酯(ppc)；且/或，所述增塑剂选自丁二腈(sn)、己二腈、迭氮化锂、聚乙二醇、聚乙二醇二丙烯酸酯、及三烯丙基异三聚氰酸酯中的一种或多种；且/或，所述锂盐选自氟化锂(lif)、双氟磺酼亚胺锂(lifsi)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(litfsi)、双(全氟乙基磺酰亚胺)锂(libeti)、二草酸硼酸锂(libob)、高氯酸锂(liclo4)、六氟磷酸锂(lipf6)、二氟草酸硼酸锂(lidfob)、三氟甲基磺酸锂(cf3so3li)、四氟硼酸锂(libf4)、lino3、liasf6、lipo2f2、lipf4、与litfa中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的复合固态电解质膜，其特征在于，所述单原子催化剂选自单原子钴、单原子镍、单原子铜、及单原子锰中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的复合固态电解质膜，其特征在于，所述单原子催化剂在所述多孔固态电解质层的孔隙中的含量是从所述多孔固态电解质层的一第一侧至一相对的第二侧递减。

6.根据权利要求5所述的复合固态电解质膜，其特征在于，所述多孔固态电解质层的第一侧用于面向电池的负极，所述多孔固态电解质层的第二侧用于面向电池的正极。

7.一种权利要求1所述的复合固态电解质膜的制备方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的复合固态电解质膜的制备方法，其特征在于，采用气相沉积法引入所述单原子催化剂至所述多孔固态电解质层的孔隙中。

9.根据权利要求7所述的复合固态电解质膜的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝液包括聚合物纤维材料、固态电解质、聚合物改性剂、增塑剂、锂盐、及溶剂。

10.一种固态电池，其特征在于，包括：一正极、一负极、以及一固态电解质，所述固态电解质是权利要求1所述的复合固态电解质膜并位于所述正极及所述负极之间。

技术总结本发明提出一种复合固态电解质膜以及其制备方法、电池，所提的复合固态电解质膜包括：一多孔固态电解质层以及一单原子催化剂，单原子催化剂填充在多孔固态电解质层的孔隙中或附着在多孔固态电解质层的表面。所提的复合固态电解质膜不仅可提高电池离子电导率，还可提高固态电解质膜的强度。技术研发人员：刘连静,熊磊受保护的技术使用者：上海恩捷新材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29