一种硫化物电解质膜及其制备方法和全固态电池与流程

本申请涉及电解质膜制备，尤其涉及一种硫化物电解质膜及其制备方法和全固态电池。

背景技术：

1、全固态电池(assbs)是采用固态电解质与高比能锂金属负极相互匹配而形成的，由于全固态电池可提供高安全性和高能量密度而被广泛研究。但是固态电解质中存在硫化物类和氧化物类，其属于无机固态电解质，虽然无机固态电解质具有较高的离子电导率(10-4s/cm～10-2s/cm)和机械性能，但存在空气不稳定、晶界阻抗大、与电极材料之间的界面稳定性差等缺点，同时由于无机固态电解质的密度较高，往往制备出的固态电解质的厚度高达1mm，因此由其组装的固态电池的实际能量密度较低。

2、由于聚合物类固态电解质具有良好的柔韧性、易加工性、与电极之间良好的接触性，且其易成膜的特性可有效较低固态电解质的厚度和质量，从而提高固态电池的能量密度。然而聚合物类固态电解质的离子电导率较低(10-7s/cm～10-5s/cm)，同时其机械性能较差，而且也难以解决全固态电池中锂枝晶生长所引发的安全问题。

3、而解决无机固态电解质和聚合物类固态电解质的缺陷，并有效结合二者的优势，一般将无机固态电解质作为填料添加到聚合物基体中从而制备出含有无机和有机复合材料的复合固态电解质。但是这种复合固态电解质中复合材料常采以离子电导率的较低的聚合物为基底，并且高离子电导率的无机电解质占比较低，整体复合固态电解质的离子电导率仍较低。

技术实现思路

1、本申请提供了一种硫化物电解质膜及其制备方法和全固态电池，以解决现有技术中复合固态电解质的离子电导率较低的技术问题。

2、第一方面，本申请提供了一种硫化物电解质膜，所述硫化物电解质膜的原料包括：硫化电解质粉末、羟基聚合物粉末和硅烷偶联剂，其中，所述硫化电解质粉末、所述羟基聚合物粉末和所述硅烷偶联剂的质量比为6～8:1～2:1～2。

3、可选的，所述硫化电解质粉末包括锂超离子硫化物电解质粉末。

4、可选的，所述羟基聚合物粉末包括聚乙二醇和/或聚环氧乙烷。

5、可选的，所述硅烷偶联剂包括以下至少一种：

6、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷和氨丙基三乙氧基硅烷。

7、可选的，所述硫化电解质粉末的粒径为200nm～600nm

8、可选的，所述硫化物电解质膜中硫含量≥60％。

9、第二方面，本申请提供了一种制备第一方面所述的硫化物电解质膜的方法，所述方法包括：

10、对硫化电解质粉末和羟基聚合物粉末进行混合并研磨，得到复合物；

11、对硅烷偶联剂和所述复合物进行混合并研磨，以进行原位聚合，得到电解质膜前体；

12、对所述电解质膜前体进行挤压，得到硫化物电解质膜。

13、可选的，所述研磨包括采用手动研磨的方式进行，所述研磨的时间为25min～35min。

14、可选的，所述硫化物电解质膜的厚度≤100μm。

15、第三方面，本申请提供了一种全固态电池，所述全固态电池包括第一方面所述的硫化物电解质膜。

16、本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

17、本申请实施例提供的一种硫化物电解质膜，通过细化硫化物电解质膜的主要原料组成，并控制硫化电解质粉末、羟基聚合物粉末和硅烷偶联剂的具体质量比，而含有大量硅氧基的硅烷偶联剂会与羟基聚合物粉末发生缩聚形成共价键，并利用硅烷偶联剂可以作为无机-有机界面的粘合助剂的这一特性，可以通过原位聚合的方式使得硫化电解质粉末和羟基聚合物粉末形成硫化物电解质膜，同时大量共价键的存在可以提高硫化物电解质膜的热稳定性，以提高硫化物电解质膜的耐热性，并且由于硅烷偶联剂具有良好的分散性和疏水性，因此在硫化物电解质膜中加入硅烷偶联剂，使得硫化电解质粉末分散均匀，并形成均匀的平面，以此提高硫化物电解质膜的耐磨性，从而通过硅烷偶联剂可以综合提高硫化物电解质膜的耐热性、耐磨性和疏水性，进而提高硫化物电解质膜的热稳定性和空气稳定性，同时控制所采用的电解质粉末为硫化电解质粉末，由于硫化电解质粉末含有较高的无机质，因此在硫化物电解质膜的热稳定性和空气稳定性较好的前提下，可以避免该无机质受热不稳定而分解，提高硫化物电解质膜中无机质的含量，从而使得硫化物电解质膜具有较高的离子电导率，并且由于硫化电解质粉末中的硫含量较高，可以提高整体电解质膜的机械性能，并避免无机质受热不稳定而分解，从而可以综合提高硫化物电解质膜的离子电导率。

技术特征：

1.一种硫化物电解质膜，其特征在于，所述硫化物电解质膜的原料包括：硫化电解质粉末、羟基聚合物粉末和硅烷偶联剂，其中，所述硫化电解质粉末、所述羟基聚合物粉末和所述硅烷偶联剂的质量比为6～8:1～2:1～2。

2.根据权利要求1所述的硫化物电解质膜，其特征在于，所述硫化电解质粉末包括锂超离子硫化物电解质粉末。

3.根据权利要求1所述的硫化物电解质膜，其特征在于，所述羟基聚合物粉末包括聚乙二醇和/或聚环氧乙烷。

4.根据权利要求1所述的硫化物电解质膜，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括以下至少一种：

5.根据权利要求1所述的硫化物电解质膜，其特征在于，所述硫化电解质粉末的粒径为200nm～600nm。

6.根据权利要求1所述的硫化物电解质膜，其特征在于，所述硫化物电解质膜中硫含量≥60％。

7.一种制备如权利要求1-6任一项所述的硫化物电解质膜的方法，其特征在于，所述方法包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述研磨包括采用手动研磨的方式进行，所述研磨的时间为25min～35min。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述硫化物电解质膜的厚度≤100μm。

10.一种全固态电池，其特征在于，所述全固态电池包括如权利要求1-6任一项所述的硫化物电解质膜。

技术总结本申请涉及电解质膜制备技术领域，尤其涉及一种硫化物电解质膜及其制备方法和全固态电池；所述硫化物电解质膜的原料包括：硫化电解质粉末、羟基聚合物粉末和硅烷偶联剂，硫化电解质粉末、羟基聚合物粉末和硅烷偶联剂的质量比为6～8:1～2:1～2；通过细化硫化物电解质膜的主要原料组成，含有大量硅氧基的硅烷偶联剂会与羟基聚合物粉末发生缩聚形成共价键，可以提高硫化物电解质膜的热稳定性，并且通过硅烷偶联剂可以综合提高硫化物电解质膜的耐热性、耐磨性和疏水性，进而提高硫化物电解质膜的热稳定性和空气稳定性，同时控制所采用的电解质粉末为硫化电解质粉末，从而可以综合提高硫化物电解质膜的离子电导率。技术研发人员：杨丽,张薇,唐颖,李宇航,陈东受保护的技术使用者：东风汽车集团股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1