固态电解质膜及其制备方法、应用

本发明涉及固态电解质的，尤其是涉及一种固态电解质膜及其制备方法、应用。

背景技术：

1、目前，锂离子电池作为最主要的电化学储能器件之一，已被广泛应用于各种电子产品和电动工具中。随着电动汽车、电动船舶和电动飞机等机械产品的发展，要求动力电池同时具备更高的能量密度和更高的安全性；固态锂电池则恰好同时满足这两点，是未来极具发展前景的储能技术。

2、电解质作为固态锂电池最重要的组成部分之一，对固态锂电池的整体性能起着至关重要的作用。迄今为止，许多不同类型的固态电解质体系得到了广泛研究，包括无机固态电解质、有机聚合物固态电解质及其复合材料；然而，这些电解质大都存在固-固界面接触不良、离子电导率过低和电化学稳定性差的问题，极大限制了固态锂电池的发展。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种固态电解质膜的制备方法，不仅工艺简单可控，而且能提升离子电导率和循环稳定性，同时能提高成膜性能。

2、本发明的目的之二在于提供一种固态电解质膜，离子电导率高、循环稳定性佳，膜厚均匀。

3、本发明的目的之三在于提供一种固态电解质膜的应用，有利于提高固态锂电池的综合性能。

4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

5、第一方面，一种固态电解质膜的制备方法，包括以下步骤：

6、将聚甲基丙烯酸甲酯、聚环氧乙烷、锂盐与tio2悬浊液进行混合形成浆料，取所述浆料先脱出浆料表面气泡，再脱出浆料内部气泡，干燥，得到所述固态电解质膜。

7、进一步的，所述tio2悬浊液中含有纳米级tio2颗粒。

8、进一步的，所述锂盐包括三氟甲基磺酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、双草酸硼酸锂以及二氟草酸硼酸锂中的至少一种，优选为三氟甲基磺酸锂。

9、进一步的，所述悬浊液中还含有锂超离子导体、钠超离子导体、钙钛矿类电解质、石榴石类电解质以及lipon电解质中的至少一种，优选为llzo电解质。

10、进一步的，所述悬浊液的溶剂包括乙腈、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、丙酮以及乙酸乙酯中的至少一种，优选为乙腈。

11、进一步的，所述聚环氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯、tio2和llzo电解质的质量比为1：1：0.1：0.3。

12、进一步的，所述脱出浆料表面气泡的方式包括通过行星式脱泡机进行脱泡；

13、优选地，所述行星式脱泡机的脱泡时长为4min-8min，行星式脱泡机的脱泡转速为800rpm-2200rpm。

14、进一步的，所述脱出浆料内部气泡的方式包括真空脱泡；

15、优选地，所述真空脱泡的真空度为10-3pa-10-9pa，真空脱泡的时长为1min-30min。

16、第二方面，一种上述任一项所述的制备方法制备得到的固态电解质膜。

17、第三方面，一种上述所述的固态电解质膜在固态锂电池中的应用。

18、与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

19、本发明提供的固态电解质膜的制备方法，不仅通过加入tio2降低了聚环氧乙烷(peo)的结晶度，从而提高了离子电导率，而且为了防止团聚，通过加入聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)减弱了团聚倾向，有利于提高分散性；此外，聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)中的c＝o基团还可与锂盐形成配位，这有利于锂的传导，pmma也具有降低peo结晶度的作用；总之，在tio2、pmma和peo共同的作用下，能够全面提升产品的各方面性能；同时，本发明通过两步脱泡方法配合pmma，避免了由于纳米tio2比表面积大、表面能高而导致极易发生团聚，造成产品成膜性能差的问题，所制备的产品的成膜性能好、膜厚度均匀可控。总之，在各原料及特定步骤的协同配合下，本发明达到了固态电解质的离子电导率高、循环稳定性佳、成膜性能好、膜厚度均匀可控以及工艺简单易行的技术效果。

20、本发明提供的固态电解质膜，离子电导率高、循环稳定性佳，成膜性能好、膜厚均匀。

21、本发明提供的固态电解质膜的应用，有利于提高固态锂电池的综合性能。

技术特征：

1.一种固态电解质膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述tio2悬浊液中含有纳米级tio2颗粒。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锂盐包括三氟甲基磺酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、双草酸硼酸锂以及二氟草酸硼酸锂中的至少一种，优选为三氟甲基磺酸锂。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述悬浊液中还含有锂超离子导体、钠超离子导体、钙钛矿类电解质、石榴石类电解质以及lipon电解质中的至少一种，优选为llzo电解质。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述悬浊液的溶剂包括乙腈、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、丙酮以及乙酸乙酯中的至少一种，优选为乙腈。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述聚环氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯、tio2和llzo电解质的质量比为1：1：0.1：0.3。

7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述脱出浆料表面气泡的方式包括通过行星式脱泡机进行脱泡；

8.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述脱出浆料内部气泡的方式包括真空脱泡；

9.一种权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的固态电解质膜。

10.一种权利要求9所述的固态电解质膜在固态锂电池中的应用。

技术总结本发明提供了一种固态电解质膜及其制备方法、应用，涉及固态电解质的技术领域，其制备方法包括以下步骤：将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚环氧乙烷(PEO)、锂盐与TiO2悬浊液进行混合形成浆料，取该浆料先脱出浆料表面气泡，再脱出浆料内部气泡，干燥，得到固态电解质膜。本发明解决了现有技术中的固态电解质存在离子电导率低、电化学稳定性差以及成膜性能差的技术问题，达到了固态电解质的离子电导率高、循环稳定性佳、成膜性能好、膜厚度均匀可控以及工艺简单易行的技术效果。技术研发人员：王万里,胡涵,王斌,魏令受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）技术研发日：技术公布日：2024/11/4