一种固态电解质及其制备方法

本发明属于全固态锂电池，具体涉及一种固态电解质及其制备方法。

背景技术：

1、传统锂离子电池使用的电解质是液态电解质，这种电解质热稳定性较差、容易泄漏、发生热失控，严重时电池内部短路会引起明火发生爆炸。为此，开发固态电解质被认为是解决液态电解质安全问题的根本策略，固态电解质具有高安全性、高能量密度、高功率密度、宽工作温度范围等特点。固态电解质主要包括无机固态电解质和聚合物固态电解质两种，但纯无机固态电解质、纯聚合物固态电解质分别存在着界面阻抗大、界面不稳定、产生枝晶、离子电导率低等问题。为了克服这些缺点，将无机固态电解质作为填料加入到聚合物基体中组成复合固态电解质，该类高聚合物含量的复合电解质的离子电导率和li+离子迁移数较纯聚合物有所增加，但仍然偏低，尤其是在高温时聚合物基底软化存在被锂枝晶刺穿的危险而使应用受限。而高陶瓷含量的复合电解质既保持了陶瓷的硬度还继承了聚合物的柔韧性，同时还有着较高的锂离子电导率、锂离子迁移数、不易被锂枝晶刺穿等特点。因此，开发合适的策略制备高陶瓷含量的复合固态电解质对于实用的全固态电池是极其必要的。

技术实现思路

1、为解决复合固态电解质室温离子电导率不高等问题，本发明提供了一种新型固态电解质及其制备方法，所制得的固态电解质具有离子电导率高、电化学窗口宽、热稳定性好、阻燃性强等优点，具有广阔的应用前景。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、本发明第一方面提供了一种固态电解质的制备方法，该方法包括以下步骤：

4、s1、高能球磨法制备非晶bn纳米片：将层状材料h-bn和锆球放进锆球罐内，90-110℃加热2-4小时后抽真空除杂，再加入碱金属片，对锆球罐进行密封后置于球磨机中进行高能球磨处理，收集球磨好的粉体分散于水中，再经过滤和干燥即得；

5、s2、溶液浇铸法制备非晶bn纳米片柔性纳米bn/pvdf-hfp(聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物)高陶瓷含量复合电解质：将步骤s1的非晶bn纳米粉末、litfsi锂盐和pvdf-hfp溶解在n,n-二甲基甲酰胺中制备成纳米bn/pvdf-hfp溶液，加热搅拌后经干燥除去残留溶剂即得。

6、本发明先通过高能球磨法制备非晶bn纳米片粉末，然后以二维bn纳米片为基体，通过溶液浇铸方法设计了可简单制备的柔性纳米bn/pvdf-hfp高陶瓷含量复合电解质。本发明操作简单、原料廉价易得、对环境无毒、且能制备出离子电导率高、电化学窗口宽、热稳定性好、阻燃性强的高陶瓷含量复合固态电解质薄膜材料，易于大规模推广。

7、优选地，s1所述高能球磨处理的时间为36-48h，球磨压力为5-10bar。

8、优选地，s1所述加热的温度为90-110℃，时间为2-4h。

9、优选地，s1所述层状材料h-bn和锆球的质量比为1-3g：90-150g。

10、优选地，s1中，每1g层状材料h-bn加入10-12片碱金属，并将每片碱金属平均剪成6-10条后加入锆球罐内。

11、优选地，s2所述非晶bn纳米粉末、litfsi锂盐和pvdf-hfp的质量比为1:1:0.4-1.4。

12、优选地，s2所述加热搅拌的温度为50-60℃，时间为18-30h。

13、优选地，s1所述球磨机使用pulverisette 5行星球磨机。

14、优选地，s2所述干燥为先在55-70℃的真空烘箱中持续干燥18-30h，再在充满惰性气体的手套箱过度舱中室温干燥2-4小时。

15、本发明第二方面提供了采用第一方面所述的制备方法制备得到的固态电解质。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、本发明提供了一种新型固态电解质的制备方法，首先采用高能球磨法策略，有效获得了大批高质量的非晶二维bn陶瓷纳米片。二维非晶纳米片有快速的离子扩散通道、更大体积膨胀空间、丰富活性位点和表面缺陷。之后通过溶液浇铸法制备得到柔性非晶纳米bn/pvdf-hfp高陶瓷含量复合电解质。本发明所制备得到的固态复合电解质可以显著提升复合固态电解质的室温离子电导率、高的热稳定性、较高的锂离子迁移数、宽的电化学窗口及其与电极之间的界面稳定性，进而延长电池的使用寿命。

技术特征：

1.一种固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种固态电解质的制备方法，其特征在于，s1所述高能球磨处理的时间为36-48h，球磨压力为5-10bar。

3.根据权利要求1所述的一种固态电解质的制备方法，其特征在于，s1所述加热的温度为90-110℃，时间为2-4h。

4.根据权利要求1所述的一种固态电解质的制备方法，其特征在于，s1所述层状材料h-bn和锆球的质量比为1-3g：90-150g。

5.根据权利要求1所述的一种固态电解质的制备方法，其特征在于，s1中，每1g层状材料h-bn加入10-12片碱金属，并将每片碱金属平均剪成6-10条后加入锆球罐内。

6.根据权利要求1所述的一种固态电解质的制备方法，其特征在于，s2所述非晶bn纳米粉末、litfsi锂盐和pvdf-hfp的质量比为1:1:0.4-1.4。

7.根据权利要求1所述的一种固态电解质的制备方法，其特征在于，s2所述加热搅拌的温度为50-60℃，时间为18-30h。

8.根据权利要求1所述的一种固态电解质的制备方法，其特征在于，s1所述球磨机使用pulverisette 5行星球磨机。

9.根据权利要求1所述的一种固态电解质的制备方法，其特征在于，s2所述干燥为先在55-70℃的真空烘箱中持续干燥18-30h，再在充满惰性气体的手套箱过度舱中室温干燥2-4小时。

10.采用权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到的固态电解质。

技术总结
本发明属于全固态锂电池技术领域，具体涉及一种固态电解质及其制备方法。本发明首先采用高能球磨法策略，有效获得了大批高质量的非晶二维BN陶瓷纳米片。二维非晶纳米片有快速的离子扩散通道、更大体积膨胀空间、丰富活性位点和表面缺陷。之后通过溶液浇铸法制备得到柔性非晶纳米BN/PVDF‑HFP高陶瓷含量复合电解质。本发明所制备得到的固态复合电解质可以显著提升复合固态电解质的室温离子电导率、高的热稳定性、较高的锂离子迁移数、宽的电化学窗口及其与电极之间的界面稳定性，进而延长电池的使用寿命。

技术研发人员：陶涛,方悦,严业八,鲁圣国
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31