一种复合固态电解质及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115832412A(43)申请公布日2023.03.21(21)申请号202211460527.3(22)申请日2022.11.17(71)申请人中国科学院电工研究所地址100190北京市海淀区中关村北二条6号中科院电工所(72)发明人徐亚楠马衍伟王凯(74)专利代理机构北京高沃律师事务所11569专利代理师赵琪(51)Int.Cl.H01M10/056(2010.01)H01M10/052(2010.01)权利要求书1页说明书7页附图1页(54)发明名称一种复合固态电解质及其制备方法和应用(57)摘要本发明提供了一种复合固态电解质及其制备方法和应用，属于全固态锂电池技术领域。将盐酸多巴胺、三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液和甲醇溶液混合后调节pH值至8.5～9.0，得到混合液；将所述混合液与石榴石型氧化物粉体混合进行聚合反应，得到聚多巴胺包覆的石榴石氧化物粉体；将聚偏二氟乙烯基聚合物、锂盐和有机溶剂混合，得到聚合物溶液；所述聚多巴胺包覆的石榴石型氧化物粉体与聚合物溶液混合后干燥，得到所述复合固态电解质。本发明利用聚多巴胺包覆石榴石型氧化物来调控与聚偏二氟乙烯(PVDF)基聚合物的界面结构，使陶瓷‑聚合物界面接触更好，更稳定，离子传输更快，提升复合固态电解质的综合性能。CN115832412ACN115832412A权利要求书1/1页1.一种复合固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将盐酸多巴胺、三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液和甲醇溶液混合后调节pH值至8.5～9.0，得到混合液；将所述混合液与石榴石型氧化物粉体混合进行聚合反应，得到聚多巴胺包覆的石榴石氧化物粉体；将聚偏二氟乙烯基聚合物、锂盐和有机溶剂混合，得到聚合物溶液；所述聚多巴胺包覆的石榴石型氧化物粉体与聚合物溶液混合后干燥，得到所述复合固态电解质。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物溶液中的聚偏二氟乙烯基聚合物与聚多巴胺包覆的石榴石型氧化物粉体的质量比为3～6：0.8～1.6。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述混合液中的盐酸多巴胺与石榴石型氧化物粉体的质量比为1～3：10。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述聚多巴胺包覆的石榴石型氧化物粉体的质量为聚合物溶液中的聚偏二氟乙烯基聚合物和锂盐总质量的10～30％。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚偏二氟乙烯基聚合物包括聚偏二氟乙烯和/或聚(偏二氟乙烯‑六氟丙烯)。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石榴石型氧化物粉体包括(Lia,Eb)La3‑cFcZr2‑dMdO12，其中5<a<7，0≤b≤0.2，0≤c≤1，0.125≤d≤0.6，E为Al或Ga，F为Ca或Sr，M为Nb或Ta。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石榴石型氧化物粉体在使用前还包括预处理，所述预处理包括以下步骤：将所述石榴石型氧化物粉体依次进行分散、与有机酸混合。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述有机酸包括冰醋酸、柠檬酸和草酸中的一种或多种。9.权利要求1～8任一项所述制备方法制得的复合固态电解质，其特征在于，包括聚多巴胺包覆的石榴石型氧化物粉体、聚偏二氟乙烯基聚合物和锂盐。10.权利要求9所述的复合固态电解质在全固态锂电池领域中的应用。2CN115832412A说明书1/7页一种复合固态电解质及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及全固态锂电池技术领域，尤其涉及一种复合固态电解质及其制备方法和应用。背景技术[0002]新能源技术的开发和应用是减少二氧化碳排放的必然路径，这对推动电动汽车和大规模储存可再生能源的储能电池提出了更高的要求。传统的锂离子电池将难以满足不断增长的能源需求，因为它们的能量密度接近理论极限。更令人担忧的是，由于传统锂离子电池采用的是液态有机电解质，容易泄露或者遇到明火发生爆炸，存在严重的安全隐患。近年来，全固态锂金属电池因其固有的安全性和良好的热稳定性而受到越来越多的关注。固态电解质作为固态电池的关键组成部分，其优异的力学性能使高比容量锂金属阳极的应用成为可能，可以提供比传统锂电池更高的能量密度。在已报道的固态电解质中，固体聚合物电解质具有轻质、柔韧性好、界面相容性好、易规模化生产等优势，最有可能率先实现大规模应用。然而，室温离子电导率较低，操作窗口较窄，限制了其进一步商业化应用。[0003]为了解决聚合物电解质存在的突出问题，人们做出了许多努力来提高其性能，包括在聚合物基体中引入活性填料，如石榴石型Li7La3Zr2O12(LLZO)以形成复合聚合物电解质。其中，以石榴石型LLZO活性填料与高极化聚偏氟乙烯(PVDF)基聚合物组成的复合电解质获