[发明专利]一种柔性电解质膜、电池及制备方法

说明书

本发明提供了一种柔性电解质膜、电池及制备方法，所述制备方法包括：将固态电解质和纤维化粘结剂干法混合后，在加热状态下进行剪切混合，剪切混合后依次进行垂直辊压和水平辊压，制备得到所述的柔性电解质膜。本发明通过将固态电解质和纤维化粘结剂进行混合分散，并进行剪切混合，纤维化粘结剂由蓬松态转变为蛛网拉丝态，从而对固态电解质的颗粒进行缠绕粘结，解决了无机陶瓷电解质柔韧性差的问题，结合垂直辊压和水平辊压，在提高柔性电解质膜的柔韧性的同时，保持了固态电解质材料的电性能。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种柔性电解质膜、电池及制备方法。

背景技术

基于现有的液态电解质锂离子动力电池体系，电池能量密度与安全性能将难以满足现有要求。使用不易燃烧的固态电解质取代传统的液态电解质，可以在确保电池安全性能的同时，将电池的能量密度提高约66％，因此固态电池被认为是下一代电池技术的重要方向。

目前常见的固态电解质有聚合物有机电解质以及无机陶瓷电解质。聚合物电解质的柔性、机械性能、大规模制造能力优异，但其离子电导率、离子迁移数、电化学稳定窗口等均受限于聚合物基底，无法取得较大突破。无机陶瓷电解质电化学性能优异，离子电导率一般可达到1mS/cm以上，离子迁移数接近1，电化学稳定窗口可满足高压正极材料的使用。但是无机陶瓷电解质的机械强度、柔性极差。当无机电解质膜厚度较低，其在使用过程中会发生碎裂导致电芯内短路，因此无机陶瓷电解质目前无法实现商业化应用。

为了改善其机械强度，目前常见的方案为有机/无机复合固态电解质，即将无机陶瓷电解质与聚合物电解质相结合。该类型电解质既有聚合物基底的柔性、高机械强度，又有着无机电解质填料的高离子电导率与电化学稳定性，是目前的发展方向之一。但从电解质角度看，该类电解质更倾向聚合物电解质，无机陶瓷电解质仅起到填料的作用，并不能完全发挥无机陶瓷电解质的优势。

因此，如何提供一种制备工艺简单、电性能优异和柔韧性好的电解质膜，成为目前迫切需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种柔性电解质膜、电池及其制备方法，通过将固态电解质和纤维化粘结剂进行混合分散，并进行剪切混合，纤维化粘结剂由蓬松态转变为蛛网拉丝态，从而对固态电解质的颗粒进行缠绕粘结，解决了无机陶瓷电解质柔韧性差的问题，在提高柔性电解质膜的柔韧性的同时，保持了固态电解质材料的电性能。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种柔性电解质膜的制备方法，所述制备方法包括：

将固态电解质和纤维化粘结剂干法混合后，在加热状态下进行剪切混合，剪切混合后依次进行垂直辊压和水平辊压，制备得到所述的柔性电解质膜。

本发明中固态电解质与纤维化粘结剂混合后，纤维化粘结剂呈微膨胀状态，再在加热状态下剪切混合，使粘结剂转变为蓬松态，而且在剪切力的作用下形成蛛网状拉丝态，固态电解质通过粘结剂拉丝进行交联连接，提高辊压过程中的成型性，此外，通过垂直辊压和水平辊压两种方式进行辊压，进一步地，避免成膜过程中破碎和机械强度差的问题发生，形成了高密度、表面均匀的高柔性陶瓷固态电解质膜，本发明制备工艺简单，无需添加有机溶剂，有利于环保并且成本低、效率高。

本发明采用两次辊压，即依次采用垂直辊压和水平辊压，可以更好的调节工艺参数，从而控制膜片的厚度和压实密度等参数，垂直辊压所用压力较小，并且热压辊间的缝隙宽度较大，有利于膜片的均匀成型，而后通过水平辊压将垂直辊压得到的初始膜片辊压到所需的厚度与压实密度。此外，由于材料经过垂直预辊压，在水平辊压时不会出现膜片碎裂的问题，提升生产成品率。

需要说明的是，垂直辊压即两个水平并排设置的热压辊，物料由上至下经过两个热压辊的缝隙进行辊压；水平辊压即两个垂直方向并排的热压辊，物料沿水平方向经过两个热压辊的缝隙进行辊压。