本發(fā)明涉及電池，具體是一種固態(tài)電解質(zhì)膜制備方法及全固態(tài)鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、易燃的有機(jī)電解質(zhì)對(duì)傳統(tǒng)鋰離子電池構(gòu)成越來越大的安全隱患，尤其是在大規(guī)模應(yīng)用如電動(dòng)汽車和能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中。將易燃液態(tài)電解質(zhì)替換為不可燃無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)被認(rèn)為是未來發(fā)展中最有希望徹底改善電池安全性的方式。然而，目前固體電池中的固體電解質(zhì)層通常厚度超過500μm，在某些情況下甚至達(dá)到1mm，相當(dāng)于商業(yè)鋰離子電池中常見聚烯烴分隔膜(約13μm)厚度的30～60倍。作為正極和負(fù)極之間的同時(shí)充當(dāng)電解質(zhì)和分隔層，使用不易燃的固態(tài)無機(jī)電解質(zhì)粉末時(shí)需要首先將其壓制成顆粒形式以用于固態(tài)電池。由于剛性無機(jī)粉末之間的結(jié)合較差，需要較大厚度才能保持固態(tài)無機(jī)電解質(zhì)層的力學(xué)完整性并確保正極與負(fù)極之間的分離。這樣一個(gè)厚的固體電解質(zhì)膜會(huì)占據(jù)整個(gè)單元更多體積和重量比例，并嚴(yán)重犧牲了電池的能量密度。例如，在相同正、負(fù)極配方和設(shè)計(jì)情況下，具有300μm和30μm厚度的兩種不同類型單元估計(jì)其能量密度分別為100wh/kg和350wh/kg，即提高了近300％。此外，現(xiàn)有固態(tài)電解質(zhì)膜比液態(tài)系統(tǒng)通常離子導(dǎo)率低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。這樣會(huì)導(dǎo)致其阻抗遠(yuǎn)高于液態(tài)鋰離子電池,從而導(dǎo)致全固態(tài)電池的低倍率性能和低功率性能問題。根據(jù)r＝l/s公式可知，電解質(zhì)層的內(nèi)阻與厚度呈正相關(guān)。當(dāng)減小厚度時(shí)，電阻會(huì)減小。因此，為了顯著提高電池的能量密度和功率性能，減小電解質(zhì)層的厚度現(xiàn)提出一種固態(tài)電解質(zhì)膜制備方法及全固態(tài)鋰離子電池。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種固態(tài)電解質(zhì)膜制備方法及全固態(tài)鋰離子電池，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種固態(tài)電解質(zhì)膜制備方法，該固態(tài)電解質(zhì)膜制備方法包括：

4、在乙酸鋯溶液中加入聚乙二醇溶液以獲得第一溶液，其中乙酸鋯溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20wt％～60wt％，所述聚乙二醇溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.6wt％～3wt％，乙酸鋯溶液與乙二醇溶液之間的質(zhì)量比為9:1；

5、將第一溶液加入至四乙氧基硅烷溶液中，并在預(yù)設(shè)溫度下進(jìn)行攪拌，以獲得第二溶液，其中第二溶液中四乙氧基硅烷為3～7mo?l％；

6、基于電紡設(shè)備利用第二溶液制得前驅(qū)體；

7、將前驅(qū)體在逐漸升高的不同溫度下分別煅燒一定時(shí)間，以獲得原始膜；

8、將氯化鋰和氯化銦四水合物溶解在去離子水中，形成透明的第三溶液；

9、將原始膜浸泡在第三溶液中；

10、將浸泡完成后的原始膜，在真空烘箱中依次進(jìn)行烘烤處理和加熱處理，以獲得固態(tài)電解質(zhì)膜。

11、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述將第一溶液加入至四乙氧基硅烷溶液中，并在預(yù)設(shè)溫度下進(jìn)行攪拌，包括：

12、在20～30℃下進(jìn)行攪拌12～36h。

13、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：基于電紡設(shè)備利用第二溶液制得前驅(qū)體，包括：

14、所述電紡設(shè)備的電紡電壓為20～23千伏的正電壓，出料速度為0.03～0.08mm/min和紡絲針頭的距離為15～20cm。

15、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：基于電紡設(shè)備利用第二溶液制得前驅(qū)體，包括：

16、所述電紡設(shè)備的電紡電壓為20千伏的正電壓，出料速度為0.035mm/min和紡絲針頭的距離為15cm。

17、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：將前驅(qū)體在逐漸升高的不同溫度下分別煅燒一定時(shí)間，以獲得原始膜，包括：

18、將前驅(qū)體在110℃、200℃、400℃、600℃分別煅燒，其中在110℃、200℃、400℃和600℃煅燒時(shí)分別煅燒0.4～0.6h，然后煅燒時(shí)，從800℃開始以4～6℃/min煅燒1.5～2.5h。

19、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：將前驅(qū)體在逐漸升高的不同溫度下分別煅燒一定時(shí)間，以獲得原始膜，包括：

20、將前驅(qū)體在110℃、200℃、400℃、600℃分別煅燒，其中在110℃、200℃、400℃和600℃煅燒時(shí)分別煅燒0.5h，然后煅燒時(shí)，從800℃開始以5℃/min煅燒2h。

21、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：將原始膜浸泡在第三溶液中，包括：

22、將原始膜浸泡在第三溶液中10～14h。

23、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述烘烤處理的溫度為70～90℃，烘烤時(shí)間為2～4h，所述加熱處理的溫度為180～220℃，加入時(shí)間為3～7h。

24、作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述烘烤處理的溫度為80℃，烘烤時(shí)間為3h；所述加熱處理的溫度為200℃，加入時(shí)間為5h。

25、本發(fā)明另一目的是提供鋰離子電池，該鋰離子電池包括上述所述的固態(tài)電解質(zhì)膜制備方法制備的固態(tài)電解質(zhì)膜。

26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：可以制備出≤30μm厚度的固態(tài)無機(jī)電解質(zhì)膜；將氯化鋰和氯化銦四水合物在乙酸鋯上進(jìn)行原位自組裝，使得制造的固態(tài)無機(jī)電解質(zhì)膜具備了乙酸鋯立方晶系的結(jié)構(gòu)，同時(shí)自組裝的鋰銦氯復(fù)合物，能夠提供更多的鋰離子傳導(dǎo)路徑，提高了電解質(zhì)膜的離子導(dǎo)電性；該電解質(zhì)膜以無機(jī)成分為主導(dǎo)，熱穩(wěn)定性強(qiáng)。同時(shí)，乙酸鋯骨架讓其具備了優(yōu)秀的機(jī)械性能和壓力抵抗能力，在500mpa下仍能保持結(jié)構(gòu)的完整，這對(duì)防止電池短路有著關(guān)鍵作用。

技術(shù)特征：

1.一種固態(tài)電解質(zhì)膜制備方法，其特征在于，該固態(tài)電解質(zhì)膜制備方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)電解質(zhì)膜制備方法，其特征在于，所述將第一溶液加入至四乙氧基硅烷溶液中，并在預(yù)設(shè)溫度下進(jìn)行攪拌，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)電解質(zhì)膜制備方法，其特征在于，基于電紡設(shè)備利用第二溶液制得前驅(qū)體，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固態(tài)電解質(zhì)膜制備方法，其特征在于，基于電紡設(shè)備利用第二溶液制得前驅(qū)體，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)電解質(zhì)膜制備方法，其特征在于，將前驅(qū)體在逐漸升高的不同溫度下分別煅燒一定時(shí)間，以獲得原始膜，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的固態(tài)電解質(zhì)膜制備方法，其特征在于，將前驅(qū)體在逐漸升高的不同溫度下分別煅燒一定時(shí)間，以獲得原始膜，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)電解質(zhì)膜制備方法，其特征在于，將原始膜浸泡在第三溶液中，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)電解質(zhì)膜制備方法，其特征在于，所述烘烤處理的溫度為70～90℃，烘烤時(shí)間為2～4h，所述加熱處理的溫度為180～220℃，加入時(shí)間為3～7h。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的固態(tài)電解質(zhì)膜制備方法，其特征在于，所述烘烤處理的溫度為80℃，烘烤時(shí)間為3h；所述加熱處理的溫度為200℃，加入時(shí)間為5h。

10.一種鋰離子電池，其特征在于，該鋰離子電池包括上述權(quán)利要求1～9任一所述的固態(tài)電解質(zhì)膜制備方法制備的固態(tài)電解質(zhì)膜。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種固態(tài)電解質(zhì)膜制備方法，涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，該固態(tài)電解質(zhì)膜制備方法包括：在乙酸鋯溶液中加入聚乙二醇溶液以獲得第一溶液，其中乙酸鋯溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20wt％～60wt％，所述聚乙二醇溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.6wt％～3wt％；將第一溶液加入至四乙氧基硅烷溶液中，并在預(yù)設(shè)溫度下進(jìn)行攪拌，以獲得第二溶液；基于電紡設(shè)備利用第二溶液制得前驅(qū)體；將前驅(qū)體在逐漸升高的不同溫度下分別煅燒一定時(shí)間，以獲得原始膜；將氯化鋰和氯化銦四水合物溶解在去離子水中，形成透明的第三溶液；將原始膜浸泡在第三溶液中；將浸泡完成后的原始膜，在真空烘箱中依次進(jìn)行烘烤處理和加熱處理，以獲得固態(tài)電解質(zhì)膜。

技術(shù)研發(fā)人員：褚子豪,李華偉,趙世彬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：盛虹動(dòng)能科技（泰州）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19