[发明专利]一种柔性陶瓷/聚合物复合固态电解质及其制备方法

说明书

本发明涉及一种柔性陶瓷/聚合物复合固态电解质及其制备方法，将单体甲基丙烯酸甲酯、锂盐、含锂石榴石粉末以及引发剂混合，静置一段时间后，吸掉上层清液，在室温密闭容器环境性进行原位的聚合，从而获得一种厚度在50μm，锂离子室温传导率为5×10^‑4S/cm的复合固态电解质。与现有的技术相比，本发明所制备得到的电解质具有柔性、表面光滑、高化学稳定性、高锂离子传导率、且对金属锂稳定等优点。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种柔性陶瓷/聚合物复合固态电解质及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为最主要的储能器件之一，自诞生以来，电池的能量密度提高了近2倍，已经被广泛应用到人们的生产生活中，如何进一步提高电池的能量密度、容量密度和安全性，目前是锂离子电池研究的重点，也是近几年能源行业的热点。传统锂离子电池由于采用有机液态电解质，可能会出现电极-电解液间副反应较强烈，适用温域窄，存在易燃易爆安全隐患等问题。对这些问题，未来对高安全性、高比容量、长寿命电池的迫切需求推动了全固态锂电池的研发。使用固态电解质来代替液态电解液，是提高锂离子电池安全性有有效途径。

固态电解质包括无机固态电解质和聚合物电解质，其中前者包括氧化物体系和硫化物体系。作为高性能的固态电解质，应该满足一下几个方面的要求：1.电化学窗口宽，能够在充放电过程中不与正负极材料发生反应，能够适用于高电压锂电材料的体系；2.锂离子的传导率高，对于固态电解质体系而言，一般仍然至少要达到10^-4S/cm，才可以满足应用的要求；3.化学稳定性好，与金属锂接触稳定，能够保持表面的稳定结构；4.力学性能好，适合加工，柔性强，与正负极接触的界面电阻能够较小。

而在过去的十几年中，氧化物体系中的含锂石榴石LLZO由于其稳定性强、室温传导率高、电化学窗口大等优点，备受科研工作者的关注，含锂石榴石作为无机氧化物陶瓷材料，本身具有较高的强度，足以抵挡锂枝晶的生长，另外也为金属锂负极的使用提供了一种新的途径。但是存在着对金属锂界面电阻大，循环不稳定，柔性差等不足，限制了含锂石榴石的应用。而固态电解质之一的聚合物电解质，可以通过链段的移动来传导锂离子，同时，又具备良好的粘弹性形变能力，但聚合物电解质仍然存在着较低的锂离子传导率、较差的电化学稳定性以及力学稳定性等问题，这也就限制了聚合物电解质的实际应用。因此，在聚合物基体上均匀分散具有高锂离子传导率的陶瓷相，是目前固态电解质发展的重要方向。然而，如何有效制备超薄柔性、具有较高离子电导率的复合电解质仍是领域内亟待解决的难题之一。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高锂离子传导率的柔性陶瓷/聚合物复合固态电解质及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种柔性陶瓷/聚合物复合固态电解质，该固态电解质包括陶瓷相以及掺杂在陶瓷相内部的聚合物相，所述陶瓷相为含锂石榴石，所述聚合物相为聚甲基丙烯酸甲酯，所述陶瓷相的晶相为立方相石榴石结构，所述聚合物相在陶瓷相中形成柔性网络状结构，所述陶瓷相和聚合物相的质量比为(50～125)：100。其中聚合物本身的含氧基团具有络合锂离子的作用，通过链段的移动来传导锂离子，本身聚合物也可以提供一定的柔性框架。

所述的陶瓷相中含锂石榴石颗粒的粒径为500nm～5μm。

所述聚合物相的厚度为45～60μm。

一种如上所述柔性陶瓷/聚合物复合固态电解质的制备方法，包括以下步骤：

(1)将单体甲基丙烯酸甲酯、锂盐、含锂石榴石粉末及引发剂混合并置于水中，超声处理得到悬浊液，静置，然后移除上层清液，得到下层悬浊物；

(2)将步骤(1)所得下层悬浊物在密闭环境下进行原位聚合，即得所述柔性陶瓷/聚合物复合固态电解质。