[发明专利]一种无机固体电解质膜/电极复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机固体电解质膜/电极复合材料的制备方法，属于锂电池领域。 

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、体积小、无记忆效应等优点，成为最具有发展潜力的能源之一。目前已经应用于军事国防、电动汽车、便携式数码设备等多个领域，同时对其性能的要求也越来越高。无机全固态锂离子电池具有高的安全性能和能量密度，是未来能源领域中最具潜力的电池体系之一。对于无机电解质的成膜及电池制备，目前主要是通过高压压制、磁控溅射和激光脉冲沉积等方法实现，但这些方法对设备要求高，生产效率低，不适于连续化、规模化生产。因此，亟需开发简单的从无机电解质粉末到薄膜以及全固态锂离子电池的制备技术。 

发明内容

针对现有技术中的无机固体电解质材料成膜方法(如高压压制、磁控溅射和激光脉冲沉积等)，存在成膜效果差，对设备要求高，生产效率低，不适于连续化、规模化生产的缺陷，本发明的目的是在于提供一种制备具有稳定、致密固体电解质膜，电化学性能好的无机固体电解质膜/电极复合材料的制备方法，该方法操作简单、条件温和、生产效率高，易于实现工业化生产。 

本发明提供了一种无机固体电解质膜/电极复合材料的制备方法，该制备方法是在惰性气氛中，将无机固体电解质粉末材料和粘结剂通过超声分散在溶剂中，形成稳定的分散体系，静置90min～150min后，取上层清夜，加入到打印机墨盒中通过喷墨打印到电极片上，或者将所述清液直接涂覆在电极片上，干燥后，在电极片上形成无机固体电解质膜层，即得到电解质膜/电极复合材料；其中， 无机固体电解质粉末材料、溶剂和粘结剂的质量比为20～70:30～80:1～10。 

本发明的无机固体电解质膜/电极复合材料的制备方法包括以下优选方案： 

优选的方案中超声分散是在频率为40～100KHz的超声下辅助分散5～10min。 

优选的方案中无机固体电解质粉末材料为钙钛矿型无机电解质、NASICON型无机电解质、LISICON型无机电解质、thio-LISICON型无机电解质、层状Li₃N型无机电解质、氧化物无机电解质、硫化物无机电解质、磷酸盐无机电解质中的一种或几种。所述的无机固体电解质粉末材料可以通过现有技术中的常规方法可以得到或者直接购买。 

优选的方案中溶剂根据使用的无机固体电解质粉末材料而相应地选择对无机固体电解质粉末材料润湿性能好，能形成稳定分散体系的溶剂，供选择的溶剂为二氯甲烷、N,N’-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、苯乙烯、三氯乙烯、乙烯乙二醇醚、N-甲基吡咯烷酮、苯、四氯甲烷、氯仿、甲苯、丙酮、乙腈、无水肼、N-甲基甲酰胺、水中的一种或几种。 

优选的方案中粘结剂为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯类共聚物、聚丙烯酸树脂、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素钠、聚环氧乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚硅氧烷中的一种或几种。 

优选的方案中干燥是在温度80～100℃的条件下干燥10～24h。 

优选的方案中无机固体电解质膜层可以根据需要通过喷墨打印或者涂覆的次数调控其厚度在10nm～200μm之间。 

优选的方案中正极片由包括活性物质、导电炭和粘结剂在内的材料制成。其中，活性物质为LiFePO₄、LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiNi_1-x-yCo_xMn_y中的一种，粘结剂为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯类共聚物、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚环氧乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯酸中的一种或几种。