[发明专利]一种抑制固态锂电池锂枝晶生长的电解质膜的制备方法

说明书

本发明涉及抑制固态锂电池锂枝晶生长技术领域，具体涉及一种抑制固态锂电池锂枝晶生长的电解质膜的制备方法。一种抑制固态锂电池锂枝晶生长的电解质膜的制备方法由如下步骤组成：使用聚丙烯腈PAN和聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、线性聚合物分别配制纺丝液进行同轴纺丝,在纺丝过程中对形成的膜材进行热处理拉伸后迅速冷却固化，所述溶液纺丝过程中各溶液流速PMMA＞线性聚合物＞PAN；之后将膜材置于锂离子电池电解液中进行浸泡；最后将膜材置于80～90℃下处理14.5～15.5min，获得所需的固体电解质膜，所述固体电解质膜为PMMA/线性聚合物/PAN的多层核壳结构纤维复合成膜。本发明有效解决了PMMA力学性能差难以抑制锂枝晶生长和PAN对锂金属不稳定的缺点。

技术领域

本发明涉及抑制固态锂电池锂枝晶生长技术领域，具体涉及一种抑制固态锂电池锂枝晶生长的电解质膜的制备方法。

背景技术

锂离子能量密度高，稳定性强，无记忆效应，循环寿命长，作为一种商业化的高效储能器件得到了广泛应用。传统锂离子电池中所使用的电解质为液态的六氟磷酸锂，由于其自身极不稳定，容易分解导致电池胀气，同时在高温、短路、过充或物理碰撞时极易燃烧和爆炸。尽管通过外部封装加入保护机制，其仍然具有较大的安全隐患。固态锂离子电池使用固态电解质替代液态电解质，可以从根本上解决液态锂离子电池的安全问题和使用温区问题。很多科研人员专注于研究高分子凝胶电解质，通过聚合物内部引入液体溶剂使其具有较高的离子迁移率。典型的聚合物有PVDF、PVC、PAN、PVP、PMMA等，这类材料价格低廉，来源广阔，同时其锂离子电导率相对适中，在工艺化生产的前景中十分诱人。但聚合物凝胶电解质由于内部存在大量液体，力学性能较差，容易出现漏液和锂枝晶生长的问题。专利201710003124.9提出了一种PEO基固态聚合物电解质膜及其制备方法，通过PEO与PMMA共聚后负载锂盐制备出凝胶状固体电解质，解决了传统固态聚合物凝胶电解质漏液的问题，但其难以有效限制锂枝晶的生长。因此，针对固态凝胶聚合物电解质锂枝晶生长的抑制具有十分重要的实际意义。

申请号为CN201410715763.4 的专利申请公开了一种可作为锂离子电池用新型固态电解质膜材料及其制备方法和应用。该材料为含聚氟磺酰亚胺基锂盐与聚环氧乙烷结构的嵌段共聚物，分子结构如式(I)。该方法是将含氟单体﹑聚环氧乙烷混合溶解于干燥乙腈中，并加入缚酸剂，置于0～100℃条件下反应1d～10d，得到金属离子盐形式的聚合物；将金属离子盐形式的聚合物溶于有机溶剂中，加入进行锂离子交换反应，得到锂盐形式的聚合物。本发明材料可作为电池固体电解质材料在制备锂电池中得到应用。本发明材料作为固体电解质在锂离子电池中抑制锂枝晶生长，提高锂离子迁移数，室温高电导率以及稳定的电池循环上有较好的应用前景。

申请号为CN201810400093.5的专利申请公开了一种有机无机复合电解质膜，包括由层一和层二组成的双层结构；层一和层二均由包括以下相同成分的浆料制成：无机固态电解质、锂盐、成膜剂、传导锂离子聚合物、增塑剂和溶剂；其中，层一的无机固态电解质含量>层二的无机固态电解质含量，层一的传导锂离子聚合物含量<层二的传导锂离子聚合物含量。本发明还公开了包含上述有机-无机复合电解质膜的电池。本发明有机-无机复合电解质膜的柔韧性好、电导率高，且同时满足了锂离子电池正极、负极对膜的不同要求，能够抑制锂枝晶的生长，提高电池的综合性能。

申请号为CN201610214376.1 的专利申请公开了一种锂电池固体电解质膜及其制备方法，该方法包括在具有空隙的聚合物膜的贴负极侧涂覆离子导电颗粒，贴正极侧涂覆离子导电颗粒或非离子导电颗粒，制备得到基础膜；装配锂电池，基础膜用作锂电池的隔膜；在锂电池充放电过程中，负极侧的液体电解质在基础膜的空隙中转化为固体电解质，生成固体电解质膜。该制备方法是一种原位生成固体电解质膜的方法，该方法步骤简单，可以兼容现有的电池制造工艺，进一步降低了固体金属锂电池的生产成本；该方法制备的固体电解质膜可以有效的抑制了锂枝晶的生长以及抑制锂枝晶对隔膜的刺穿，减少了金属锂与电解液之间进一步的化学反应，可有效的保护金属锂电极。