[发明专利]一种固态电解质的3D打印丝材的制备方法

说明书

一种固态电解质的3D打印丝材的制备方法，其特征在于，包括下列步骤，步骤一，3D打印丝材前驱体材料的组成为：三氟甲基磺酰亚胺锂、分子量30万的聚环氧乙烷和以偏氟乙烯‑六氟丙烯共聚物，3组分均为粉末状材料，取质量比为5：13～16：3～6；本发明替代现有的固态电解质人工化学方法，大幅提升制备效率、工艺稳定性，同时降低了制备过程中的化学试剂中毒风险。为全固态电池的大规模推广应用奠定工程技术基础。

技术领域

本发明是一种固态电解质的3D打印丝材的制备方法，涉及一种锂离子固态电解质3D打印丝材的制备方法，所制备的丝材用于锂离子固态电解质的制备。

背景技术

随着科技的进步和社会的发展，能源问题已成为关系全世界可持续发展的关键问题。能源与环境方面的巨大压力使得寻找和开发新型绿色可再生能源成为社会的迫切任务。

全固态锂电池作为一种新型电池结构，近年来受到诸多关注。该类电池不仅具有较高的能量密度，同时具有优良的热稳定性、化学稳定性与机械稳定性，且不会造成电解液渗漏等问题，安全性高。

目前全固态电池的制备工艺技术依然处于摸索阶段，工艺流程一般是将正极材料和固态电解质分别涂敷成膜，再将二者滚轧在一起，底部贴合锂箔再次滚轧形成电池。因此电池制备过程繁琐且自动化程度低，制备周期较长；同时，固态电解质的使用对电解质内部物相分布均匀性及其与电极之间的固-固界面润湿性提出了苛刻的工艺要求，手工操作工艺可控性差，降低了电池性能稳定性；此外，制备中大量使用的乙腈溶剂有毒性，对操作人员有一定的身体伤害。因此目前亟需改变现有的全固态电池制备工艺，解决上述问题。

3D打印技术作为一种新型的材料制备技术，加工自动化程度高，灵活性强。本研究希望开发一种新型的固态电解质材料，通过在现有配方上的优化，使之适用于3D打印技术，从而将3D打印技术嵌入到全固态电池的制备工艺流程中，简化工艺流程，提升工艺动化程度和性能稳定性。

发明内容

本发明的目的是开发一种固态电解质3D打印丝材制备方法，获得打印工艺性良好的固态电解质丝材。

一种固态电解质的3D打印丝材的制备方法，其特征在于，包括下列步骤，

步骤一，3D打印丝材前驱体材料的组成为：三氟甲基磺酰亚胺锂、分子量30万的聚环氧乙烷和以偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物，3组分均为粉末状材料，取质量比为5：13～16：3～6；

步骤二，3D打印丝材前驱体材料制备，将称量好的分子量30万的聚环氧乙烷粉末置于敞口烧杯中，再加入称量好的偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物粉末，使用搅拌机搅拌，使二者均匀混合十分钟；再次称取双三氟甲基磺酰亚胺锂粉末放入同一敞口烧杯中，随后加入无水乙醇，无水乙醇与粉末混合料的比例为5ml/g～6ml/g，使用搅拌机持续搅拌20分钟，使双三氟甲基磺酰亚胺锂粉末粉末溶解于无水乙醇中，同时使聚环氧乙烷和偏氟乙烯-六氟丙烯充分分散在无水乙醇中；搅拌完成后，将溶液加温至45～55℃之间，将无水乙醇缓慢蒸干获得块状固形物，再将固形物充分剪切、真空干燥，最终获得颗粒状电解质3D打印前驱体材料；

步骤三，丝材制备：将颗粒状前驱体材料送入螺杆挤出机，进行共混制丝，螺杆挤出机转速100r/min～120r/min，制丝温度200℃～220℃，成型设备内部真空度低于0.02MPa，通过一台安装在挤出机出口处，线速度与螺杆挤出机挤出速度一致的卷丝机，将丝材盘卷起来，用于后续的固态电解质3D打印。

其中，步骤一中，三氟甲基磺酰亚胺锂、分子量30万的聚环氧乙烷和以偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物，最佳取质量比为5：15：4。

本发明替代现有的固态电解质人工化学方法，大幅提升制备效率、工艺稳定性，同时降低了制备过程中的化学试剂中毒风险。为全固态电池的大规模推广应用奠定工程技术基础。

具体实施方式：