【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于固態電解質制備，具體涉及一種peo-pan-peo三明治結構復合固態電解質膜及其制備方法與固態電池。
技術介紹
1、鋰金屬電池因其高的理論比容量(3860mah?g-1)和能量密度而受到人們的廣泛關注。然而，傳統的鋰金屬電池中使用易燃、易揮發的有機液態電解液，枝晶的不可控生長、電解液/li界面不穩定和循環穩定性差等，嚴重阻礙了其實際應用。
2、固態電解質作為液體有機電解液的潛在替代品，在安全性和抑制枝晶方面具有潛在的優勢，有望充分發揮金屬鋰負極高比能的優勢。其中，peo/陶瓷復合固態電解質因peo較高的li+溶解能力、柔韌性、可加工性、低成本，以及協同陶瓷電解質等優點，在固態鋰金屬電池中受到廣泛的關注。聚合物固體電解質柔性好、成本低其易加工，但其室溫電導率通常較低；無機固體電解質室溫電導率較高，但其制備工藝復雜、成本較高，而且其硬度較大導致與電極界面相容性差。發展有機-無機復合固體電解質可以有效綜合兩者的優勢，因此被認為是最有大規模實際應用前景的材料之一。科研工作者提出了多種復合固體電解質結構設計的有效策略，主要包括低維無機填料改性、三維無機填料改性以及電解質多層復合。
3、然而，機械強度不足，以至于無法抵御電池運行過程中枝晶的生長造成電解質膜刺穿從而導致電池失效、以及窄的電化學窗口以至于無法匹配高壓陰極材料等問題阻礙了固態電解質的進一步發展。
4、因此，通過電紡/澆鑄策略設計peo-pan-peo三明治結構復合固態電解質，有效增強了電解質膜的機械強度，拓寬了電化學窗口，降低界面
技術實現思路
1、本專利技術要解決的技術問題是克服現有peo基復合固態電解質機械強度低、界面電阻大、電化學窗口窄的缺陷和不足，提供一種高機械強度和寬電化學窗口的peo基復合固態電解質膜。
2、本專利技術的另一目的是提供一種peo-pan-peo三明治結構復合固態電解質膜的制備方法。
3、本專利技術的再一目的是提供一種peo-pan-peo三明治結構復合固態電解質在全固態電池中的應用。
4、本專利技術的上述目的，本專利技術提供的第一個技術方案是這樣的：
5、1)按照質量比0.007-0.07:0.2-1.0將多巴胺改性無機填料和peo粉末在研缽中混合均勻得到混合物；
6、2)將鋰鹽加入有機溶劑中混合形成均勻的鋰鹽溶液；溶液濃度為0.02mol/l-0.36mol/l。
7、3)將步驟1)所得混合物加入到步驟2)所述的鋰鹽溶液中繼續攪拌至均勻后，得到peo懸浮液；
8、步驟3)中peo與鋰鹽的質量比為0.2-1.0：0.1-0.5；
9、4)按照質量比0.026-0.5:0.5-2.0將陶瓷納米顆粒和pan粉末溶解在dmf溶劑中，攪拌均勻得到紡絲懸浮液；
10、5)將步驟4)所得紡絲懸浮液在紡絲機電紡，得到pan納米纖維；
11、6)將步驟3)所得的懸浮液澆鑄在步驟5)所得的pan納米纖維兩側，干燥后得到peo-pan-peo三明治結構復合固態電解質膜。
12、進一步的，上述的peo懸浮液制備方法，所述的有機溶劑為乙腈。
13、進一步的，上述的peo懸浮液制備方法，所述的鋰鹽溶液的濃度為0.3-1.8mmol。
14、進一步的，上述的peo懸浮液制備方法，所述的鋰鹽為雙三氟甲磺酰亞胺鋰、高氯酸鋰二氟草酸硼酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰中的一種或多種。
15、進一步的，上述的peo-pan-peo三明治結構復合固態電解質膜制備方法，所述的干燥為60℃下干燥24h。
16、進一步的，上述的peo-pan-peo三明治結構復合固態電解質膜制備方法，所述的多巴胺改性無機填料通過下述方法制備的：
17、1)將鹽酸多巴胺溶解在去離子水中磁力攪拌至完全溶解得到多巴胺溶液；
18、2)將三羥甲基胺基甲烷溶解在去離子水中，完全溶解后加入無填料進行磁力攪拌形成混合溶液；
19、3)將步驟2)制備的多巴胺溶液緩慢滴加至步驟1)所述的混合溶液中，在室溫下攪拌，之后進行離心、洗滌，將洗滌后的后的固態物進行干燥，得到多巴胺改性的無機填料。
20、所述的鹽酸多巴胺、三羥甲基氨基甲烷、無機填料的質量比為：0.1-0.5：0.1-0.2：0.1-0.8
21、進一步的，上述的peo-pan-peo三明治結構復合固態電解質膜制備方法，所述的無機填料為al2o3、tio2、ceo2中的一種或多種。
22、進一步的，上述的peo-pan-peo三明治結構復合固態電解質膜制備方法，所述的紡絲機電紡電壓范圍為12-20kv。
23、更進一步的，上述的peo-pan-peo三明治結構復合固態電解質膜制備方法，所述的陶瓷納米顆粒為latp、llzto、llto、llzo中的一種或多種。
24、本專利技術提供的第二個技術方案是一種peo-pan-peo三明治結構復合固態電解質膜，采用第一個技術方案所述的方法制備得到的；所述的三明治結構復合電解質膜由上、下兩側peo層和中間的pan層組成。
25、本專利技術提供的第三個技術方案是一種全固態電池，包括第二個技術方案所述的peo-pan-peo三明治結構復合固態電解質膜。
26、本專利技術具有以下有益效果：
27、1、本專利技術提供的peo-pan-peo三明治結構復合固態電解質膜大大提高peo基復合固態電解質的機械強度，同時拓寬了電化學窗口，從而提高全固態電池的電化學性能。
28、2、本專利技術提供的技術方案peo層的親鋰性降低的固態電池的界面電阻，加快了固固傳輸反應動力學，pan納米纖維層賦予了電解質膜更高的機械強度，同時提供了3d鋰離子傳輸通道加快離子傳輸，組裝的全固態電池表現出優異的電化學性能。
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1.一種PAN-PEO-PAN三明治結構復合固態電解質膜的制備方法，其特征在于，依次包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的PEO-PAN-PEO三明治結構復合固態電解質膜制備方法，其特征在于，步驟2)所述的有機溶劑為乙腈，步驟4)所述的溶劑為N,N-二甲基甲酰胺。
3.根據權利要求1所述的PEO-PAN-PEO三明治結構復合固態電解質膜制備方法，其特征在于，步驟2)所述的所述鋰鹽為雙三氟甲磺酰亞胺鋰、高氯酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰中的一種或多種；步驟4)所述的陶瓷納米顆粒為LATP、LLZTO、LLTO、LLZO中的一種或多種。
4.根據權利要求1所述的PEO-PAN-PEO三明治結構復合固態電解質膜制備方法，其特征在于，鋰鹽溶液的濃度為0.02mol/L-0.36mol/L。
5.根據權利要求1所述的PEO-PAN-PEO三明治結構復合固態電解質膜制備方法，其特征在于，步驟6)所述的干燥為60℃下干燥24h；所述的電紡時紡絲機的電壓12-20kv。
6.根據權利要求1所述的PEO基復合固態電解質膜制備方法，
7.根據權利要求6所述的PEO-PAN-PEO三明治結構復合固態電解質膜制備方法，其特征在于，所述的無機填料為Al2O3、TiO2、CeO2中的一種或多種。
8.一種PEO-PAN-PEO三明治結構復合固態電解質膜，其特征在于，由權利要求1-7任一所述的方法制備得到的。
9.根據權利要求PEO-PAN-PEO三明治結構復合固態電解質膜，其特征在于，所述的三明治結構復合電解質膜由上、下兩側PEO層和中間的PAN層組成。
10.一種全固態電池，其特征在于，包括權利要求8所述的PEO-PAN-PEO三明治結構復合固態電解質膜。
...【技術特征摘要】
1.一種pan-peo-pan三明治結構復合固態電解質膜的制備方法，其特征在于，依次包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的peo-pan-peo三明治結構復合固態電解質膜制備方法，其特征在于，步驟2)所述的有機溶劑為乙腈，步驟4)所述的溶劑為n,n-二甲基甲酰胺。
3.根據權利要求1所述的peo-pan-peo三明治結構復合固態電解質膜制備方法，其特征在于，步驟2)所述的所述鋰鹽為雙三氟甲磺酰亞胺鋰、高氯酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰中的一種或多種；步驟4)所述的陶瓷納米顆粒為latp、llzto、llto、llzo中的一種或多種。
4.根據權利要求1所述的peo-pan-peo三明治結構復合固態電解質膜制備方法，其特征在于，鋰鹽溶液的濃度為0.02mol/l-0.36mol/l。
5.根據權利要求1所述的peo-pan-peo三明治結構復合固態電...
【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭育英，陸基權，廖盛雄，李宇迎，
申請(專利權)人：廣東工業大學，
類型：發明
國別省市：
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