[发明专利]一种陶瓷填料改性的高导电宽电压窗口复合电解质材料、制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种陶瓷填料改性的高导电宽电压窗口复合电解质材料、制备方法及应用，制备方法包括以下步骤：分别称取表面改性过的无机陶瓷填料、聚合物基体及锂盐，加入到有机溶剂中，搅拌均匀后，静置脱泡形成电解质浆料，然后将电解质浆料倒入聚四氟乙烯模具中，再将该模具转移至真空干燥箱中，干燥结束后冷却至室温，即可得到陶瓷填料改性的高导电宽电压窗口复合电解质材料；该复合电解质材料具有离子电导率高及宽电压窗口等特点，而且容易操作，原料成本低，制备工艺简便，有利于大规模产业化生产，利用该复合固态电解质制备的全固态锂电池能够抑制锂枝晶的生长，提高电解质与正负极材料的兼容性，能量密度高，循环寿命长。

技术领域

本发明属于固态锂电池技术领域，具体涉及一种陶瓷填料改性的高导电宽电压窗口复合电解质材料、制备方法及应用。

背景技术

锂离子电池作为一种重要的能量存储与转化器件，具有工作电压高、能量密度大、循环性能好等突出优势。然而采用液态电解液的锂离子电池存在能量密度受限和安全性差等问题，因此开发新一代高能量密度和高安全性的锂离子电池体系显得尤为重要。

固态锂电池采用固体电解质替代易燃的有机液态电解液，可匹配高电压正极材料及金属锂负极，在解决现有锂离子电池能量密度瓶颈和循环寿命偏低的同时，有望彻底解决电池的安全性问题。

电解质作为固态电池的关键材料，对固态电池的性能起着举足轻重的作用，目前有无机固态电解质、聚合物电解质、复合电解质等诸多电解质材料，其中复合固态电解质兼顾无机固体电解质高离子电导率和聚合物电解质柔韧性好的优点，最具应用前景，但在应用中仍然存在较多的科学难题，包括固体电解质的离子电导率偏低、电解质/电极界面阻抗大以及锂枝晶生长等问题。

相关专利“聚合物复合固态电解质制备方法及聚合物复合固态电解质”，其申请号为CN112786951A，该专利制备了不同孔结构的聚丙烯腈多孔膜基体材料并对其进行碱处理反应，得到功能化聚丙烯腈多孔膜基体材料，然后进一步与无机电解质进行复合，进而得到可用于全固态锂电池的聚合物复合固态电解质，所制备的聚合物复合电解质离子电导率较高、机械性能优良、性能稳定性较好。但是，该发明的聚合物复合固态电解质的制备工艺复杂，不易于产业化。公开号为CN106785009 A的中国专利公布了以三维多孔无机快离子导体为骨架材料，将聚合物电解质填充于三维骨架中，制备了三维网络结构的有机无机复合电解质。公开号为CN111244532 A的中国专利以聚酰亚胺薄膜为三维骨架，将无机快离子导体与聚合物基体混合然后浇筑在聚酰亚胺骨架上得到三维无机/聚合物复合固体电解质。上述复合电解质克服了传统无机固体电解质较厚、易开裂的不足之处，具有三维锂离子传输通路的同时兼具有一定的机械强度，然而复合电解质中无机电解质填料含量偏低，而且与聚合物基体的兼容性较差，导致离子电导率偏低(＜1.0×10^-3S/cm)。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种陶瓷填料改性的高导电宽电压窗口复合电解质材料。本发明通过将纳米填料表面改性与聚合物共混的方法相结合，制备得到了陶瓷填料改性的高导电宽电压窗口复合电解质材料，该材料可应用于全固态锂电池中，能够抑制锂枝晶的生长，显著提高复合电解质的离子电导率，降低电解质/电极界面阻抗，而且本发明的复合电解质材料制备工艺简便，有利于产业化生产。

本发明具体是通过以下技术方案来实现的：

一种陶瓷填料改性的高导电宽电压窗口复合电解质材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：分别称取一定质量表面改性过的无机陶瓷填料、聚合物基体及锂盐，将它们加入到一定质量的有机溶剂中，搅拌均匀后，静置脱泡形成均匀的电解质浆料，然后将电解质浆料倒入聚四氟乙烯模具中，再将该模具转移至真空干燥箱中干燥一定时间，干燥结束后，冷却至室温，即可得到陶瓷填料改性的高导电宽电压窗口复合电解质材料；

其中，表面改性过的无机陶瓷填料、聚合物基体、锂盐、有机溶剂的质量比为(1～5):(0.1～0.5):(0.1～0.5):(1～10)；