本發(fā)明屬于電池材料，具體涉及一種納米片狀磷酸鋯鋰自支撐的復(fù)合固體電解質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、隨著新能源電動(dòng)汽車和柔性可穿戴電子產(chǎn)品行業(yè)的興起，對(duì)電池的要求越來(lái)越高，不僅要求能量密度高、使用壽命長(zhǎng)，還需要高安全性。傳統(tǒng)電解質(zhì)一般為液態(tài)電解質(zhì)，容易發(fā)生泄漏、爆炸等安全事故，如今使用固體電解質(zhì)去替代傳統(tǒng)液態(tài)是個(gè)非常不錯(cuò)的選擇，不但能提高安全性能以及電池能量密度，而且在鋰離子電池中也能有效阻止鋰枝晶的生長(zhǎng)，減少電池短路問(wèn)題。

2、復(fù)合固體電解質(zhì)將無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)和聚合物電解質(zhì)結(jié)合起來(lái)，有效的解決了固態(tài)鋰離子電池低離子電導(dǎo)率和高界面阻抗等問(wèn)題。主要因?yàn)闊o(wú)機(jī)固體電解質(zhì)和聚合物相互作用，可以大幅度的降低聚合物的結(jié)晶度，促進(jìn)鋰離子的解離；同時(shí)無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)還能提供新的鋰離子傳輸通道，提高鋰離子傳輸效率。

3、無(wú)機(jī)填料的尺寸和形狀對(duì)填料和聚合物之間的界面有著很關(guān)鍵的影響，控制好無(wú)機(jī)填料的尺寸形狀，能夠提高鋰離子的傳輸效率，從而增加鋰離子電導(dǎo)率和降低界面阻抗，獲得電化學(xué)性能更優(yōu)異的固態(tài)鋰電池。目前有大量報(bào)道無(wú)機(jī)納米片作為聚合物填料制備復(fù)合固體電解質(zhì)，但未見(jiàn)納米片狀氧化物固體電解質(zhì)作為無(wú)機(jī)填料的報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述不足，本發(fā)明公開(kāi)了一種納米片狀磷酸鋯鋰自支撐復(fù)合固體電解質(zhì)，將納米片狀磷酸鋯鋰與聚合物電解質(zhì)復(fù)合制備自支撐復(fù)合固體電解質(zhì)，有效提高了復(fù)合固體電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率，將其應(yīng)用于固態(tài)鋰電池，大幅提升了電池的循環(huán)性能與使用壽命。

2、本發(fā)明包括以下技術(shù)方案：

3、一種納米片狀磷酸鋯鋰自支撐復(fù)合固體電解質(zhì)，由鋰鹽、聚合物和納米片狀磷酸鋯鋰制成；所述納米片狀磷酸鋯鋰為菱方相結(jié)構(gòu)，橫向尺寸為100~400?nm，厚度為20~100nm。

4、進(jìn)一步的，上述納米片狀磷酸鋯鋰自支撐復(fù)合固體電解質(zhì)的制備方法，包括以下步驟：

5、s1：將鋰鹽和聚合物按一定比例稱量，溶解于有機(jī)溶劑中，制得溶液；

6、s2：向s1所述溶液中，加入一定比例納米片狀磷酸鋯鋰，加熱攪拌均勻制得均勻漿料；

7、s3：將s2制備好的漿料以一定厚度均勻涂在聚四氟乙烯薄膜上，放在烘箱中干燥，然后放入手套箱中保存。

8、進(jìn)一步的，上述制備方法中，步驟s1中，所述鋰鹽選自lipf6、liclo4或litfsi中的一種或者多種。

9、進(jìn)一步的，上述制備方法中，步驟s1中，所述聚合物選自聚己內(nèi)酯（pcl）、聚氧化乙烯（peo）或聚偏氟乙烯（pvdf）中的一種或者多種。

10、進(jìn)一步的，上述制備方法中，步驟s1中，所述鋰鹽和聚合物中的氧原子的摩爾比為 n(li+): n(o)=1:20。

11、進(jìn)一步的，上述制備方法中，步驟s1中，所述有機(jī)溶劑選自碳酸二甲酯（dmc）、無(wú)水乙腈或n-甲基吡咯烷酮（nmp）中的一種或者多種；優(yōu)選的鋰鹽和聚合物按固形物質(zhì)量比5-20wt%溶解于上述有機(jī)溶劑中。

12、進(jìn)一步的，上述制備方法中，步驟s2中，攪拌溫度60?℃、速度500?r/min。

13、進(jìn)一步的，上述制備方法中，步驟s2中，納米片狀磷酸鋯鋰為菱方相結(jié)構(gòu)，橫向尺寸為100~400?nm，厚度為20~100?nm。

14、進(jìn)一步的，上述制備方法中，步驟s2中，納米片狀磷酸鋯鋰與聚合物的質(zhì)量比為0.31~0.83:1。

15、進(jìn)一步的，上述制備方法中，步驟s3中，涂膜厚度為500-1500?μm，干燥后厚度約為70?μm。

16、本發(fā)明還公開(kāi)了上述納米片狀磷酸鋯鋰自支撐復(fù)合固體電解質(zhì)或制備方法在制備鋰離子固態(tài)電池中的應(yīng)用。

17、相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下突出的有益效果：

18、本發(fā)明公開(kāi)了一種納米片狀磷酸鋯鋰自支撐復(fù)合固體電解質(zhì)及其制備方法，首先采用熱涂覆法制備了納米片狀磷酸鋯鋰自支撐復(fù)合固體電解質(zhì)，其中pcl基復(fù)合固體電解質(zhì)具有較高的離子電導(dǎo)率，在60?℃下為1.6×10-4s/cm，鋰離子遷移數(shù)也達(dá)到了0.78。用納米片狀磷酸鋯鋰自支撐復(fù)合固體電解質(zhì)組裝lifepo4//li電池在3c倍率下能夠長(zhǎng)循環(huán)1000圈，容量保持率為86%，電化學(xué)性能遠(yuǎn)優(yōu)于基于非納米片狀磷酸鋯鋰的復(fù)合固體電解質(zhì)。本發(fā)明為鋰離子固態(tài)電池領(lǐng)域提供了一種性能優(yōu)異的復(fù)合固體電解質(zhì)。

技術(shù)特征：

1.一種納米片狀磷酸鋯鋰自支撐復(fù)合固體電解質(zhì)，其特征在于，由鋰鹽、聚合物和納米片狀磷酸鋯鋰制成；所述納米片狀磷酸鋯鋰為菱方相結(jié)構(gòu)，橫向尺寸為100~400?nm，厚度為20~100?nm。

2.如權(quán)利要求1所述的納米片狀磷酸鋯鋰自支撐復(fù)合固體電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述鋰鹽選自lipf6、liclo4或litfsi中的一種或者多種。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述聚合物選自聚己內(nèi)酯（pcl）、聚氧化乙烯（peo）或聚偏氟乙烯（pvdf）中的一種或者多種。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述鋰鹽和聚合物中的氧原子的摩爾比為n(li+):n(o)=1:20。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述有機(jī)溶劑選自碳酸二甲酯（dmc）、無(wú)水乙腈或n-甲基吡咯烷酮（nmp）中的一種或者多種；鋰鹽和聚合物按固形物質(zhì)量比5-20wt%溶解于上述有機(jī)溶劑中。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟s2中，攪拌溫度60?℃、速度500r/min。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟s2中，納米片狀磷酸鋯鋰為菱方相結(jié)構(gòu)，橫向尺寸為100~400?nm，厚度為20~100?nm；納米片狀磷酸鋯鋰與聚合物的質(zhì)量比為0.31~0.83:1。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟s3中，涂膜厚度為500-1500?μm，干燥后厚度約為70?μm。

10.如權(quán)利要求2-9所述的制備方法在制備鋰離子固態(tài)電池中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種用納米片狀磷酸鋯鋰自支撐的復(fù)合固體電解質(zhì)，屬于電池材料技術(shù)領(lǐng)域，包含鋰鹽、聚合物和納米片狀磷酸鋯鋰，本發(fā)明的復(fù)合固體電解質(zhì)的制備方法包括以下步驟：將聚合物和鋰鹽溶于有機(jī)溶劑中，溶解完全后加納米片狀磷酸鋯鋰，攪拌均勻，然后涂覆在聚四氟乙烯薄膜上，放入手套箱里干燥，溶劑揮發(fā)后得到了厚度約為70μm的納米片狀磷酸鋯鋰自支撐的復(fù)合固體電解質(zhì)。該復(fù)合電解質(zhì)具有安全性能好，較高的離子電導(dǎo)率和鋰離子遷移數(shù)，用其組裝的LiFePO<subgt;4</subgt;//Li電池能在3C的高倍率下穩(wěn)定長(zhǎng)循環(huán)1000圈，具有穩(wěn)定的庫(kù)倫效率和較高的容量保持率。本發(fā)明為鋰離子固態(tài)電池領(lǐng)域提供了一種性能優(yōu)異的復(fù)合固體電解質(zhì)。

技術(shù)研發(fā)人員：劉敏,張全權(quán),王澳來(lái),靳洪允,洪建和
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合源鋰創(chuàng)（蘇州）新能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6