【技術實現步驟摘要】
本申請涉及電池，尤其涉及一種固態電解質膜及其制備方法與全固態電池。
技術介紹
1、隨著電動汽車、智能手機、電力儲能等領域對鋰離子電池需求的持續增長,電池的能量密度和安全性能成為消費者關注的兩大焦點。
2、全固態電池采用固態電解質，不含易燃易爆的有機溶劑，可從根本上解決電解液帶來的負面問題，提升電池的安全性能，還讓更高能量密度電池體系的使用成為可能。
3、固態電解質膜作為固態電池的核心組件，其性質制約著電池的性能表現。硫化物體系電解質電導率高、可加工性強，是最有前途的固態解決方案之一，但目前硫化物環境適應性不好，成本高，而聚合物固態電解質離子性差，但是它的強度又好容易沉膜，因此，利用硫化物的良好導電性，再利用聚合物固態電解質較弱的導電性又有較強的沉膜性能，韌性比較好的優點，來制備一種高性能的固態電解質膜。
技術實現思路
1、為了解決上述問題，本申請提供了一種固態電解質膜及其制備方法與全固態電池，本申請制備的固態電解質膜具有厚度薄、高機械強度，寬窗口、剛柔并濟，離子電導率高，提升了電池的安全和循環性能。本申請利用聚合物固態電解質相互交聯形成導鋰支撐網絡，改性硫化物固態電解質填充于導鋰支撐網絡之間，導鋰支撐網絡的形成能夠有效的傳導鋰離子，縮短鋰離子的傳輸距離，降低電解質顆粒間的傳遞阻抗，提高了離子電導率，固態電解質膜能夠承受更高的運行壓力，提高固態電解質膜的穩定性，使其能夠緩沖充放電過程中的體積膨脹和收縮，有效的提高固態電池的循環穩定性、安全性和電化學性能。其中，
2、第一方面，本申請提供一種固態電解質膜的制備方法，采用如下技術方案：
3、一種固態電解質膜的制備方法，包括以下步驟：
4、s1、按照質量份數，將聚合物固態電解質溶于熔點低的溶劑中，再加入改性硫化物固態電解質，攪拌均勻，脫泡，制得固態電解質漿料；
5、s2、將固態電解質漿料涂布于pet離型膜表面，晾干后在真空110℃干燥12-24小時，然后去除pet離型膜，得到厚度為20微米的固態電解質膜。
6、通過采用上述技術方案，s1(制備固態電解質漿料)：這一步驟是整個制備過程的基礎，通過將聚合物固態電解質溶于熔點低的溶劑中，再加入改性硫化物固態電解質并攪拌均勻，形成均一的漿料。脫泡操作確保了材料中沒有氣泡，這對于后續涂布過程和最終膜的質量至關重要。此步驟為形成均勻、無缺陷的電解質膜打下基礎。s2(涂布與干燥)：將固態電解質漿料涂布于pet離型膜上，并通過晾干和真空干燥去除溶劑，這一步是形成固態電解質膜的關鍵。這些操作共同確保了電解質膜具有所需的厚度、均勻性和機械穩定性。改性硫化物固態電解質：提供高的離子電導率，是鋰離子傳導的主要介質。改性提高了其在聚合物基體中的分散性和界面相容性，減少了顆粒間的傳遞阻抗。聚合物固態電解質：形成導鋰支撐網絡，增強了電解質膜的機械性能和穩定性。聚合物的存在不僅提高了材料的柔韌性，還有助于緩沖充放電過程中的體積變化，從而提高電池的安全性和循環壽命。整體而言，本申請通過精心設計的材料選擇和工藝步驟，實現了固態電解質膜的高離子電導率、良好的機械性能和穩定性，以及優異的電化學性能。這些特性使得該固態電解質膜非常適合用于高性能的固態電池中，特別是在提升電池的能量密度和安全性方面具有顯著優勢。
7、優選的，在步驟s1中，所述改性硫化物固態電解質和聚合物固態電解質的質量份數比為(90-95):(5-10)。
8、優選的，在步驟s1中，所述改性硫化物固態電解質的制備方法為：將十三氟辛基三乙氧基硅烷、硫化物固態電解質和無水乙腈加入反應器中，在氮氣氣氛80℃下反應8小時，然后離心分離，收集固體，并用無水乙腈洗滌固體三次，在真空50℃下干燥12h，得到改性硫化物固態電解質。
9、通過采用上述技術方案，制備的改性硫化物固態電解質具有以下作用及協同作用：提高界面相容性：通過十三氟辛基三乙氧基硅烷對硫化物固態電解質表面進行接枝改性，可以顯著提高聚合物固態電解質與硫化物固態電解質顆粒之間的界面相容性。這種改善的相容性有助于硫化物顆粒在聚合物基體中更均勻地分布，從而提升固態電解質膜的整體性能。增強穩定性和耐環境性：改性后的硫化物固態電解質顆粒表面具有更好的抵抗水和氧氣的能力，這意味著它們在空氣中的穩定性得到提高，減少了在電池運行過程中可能因環境因素導致的性能退化。優化機械性能：通過改性硫化物固態電解質與聚合物固態電解質之間的相互作用，可以制備出具有良好機械性能的固態電解質膜。這種膜能夠承受更高的運行壓力，并且在充放電過程中能夠有效地緩沖體積膨脹和收縮，從而有效的提高固態電池的循環穩定性、安全性和電化學性能。提升離子電導率：改性硫化物固態電解質填充于由離子傳導聚合物形成的導鋰支撐網絡之間，這樣的結構設計有助于縮短鋰離子的傳輸距離，降低電解質顆粒間的傳遞阻抗，從而提升了離子電導率。這對于提高電池的充放電效率和循環穩定性至關重要。協同作用：改性硫化物固態電解質與聚合物固態電解質的結合不僅發揮了各自的優勢，還產生了協同效應。聚合物提供了柔韌性和加工性，而改性硫化物則貢獻了高離子電導性和良好的熱穩定性。這種組合使得最終得到的固態電解質膜既具有優異的物理性質，又保持了高的離子傳導能力。
10、優選的，所述硫化物固態電解質、十三氟辛基三乙氧基硅烷和無水乙腈的用量比為100g:(2g-4g):0.6l。
11、優選的，所述硫化物固態電解質為li6ps5cl、li6ps5br和li10snp2s12中的至少一種，所述硫化物固態電解質的d50為3-5μm。
12、優選的，所述聚合物固態電解質由聚氧化乙烯和離子傳導聚合物以質量份數比1:3組成。
13、通過采用上述技術方案，聚合物固態電解質由聚氧化乙烯(peo)和離子傳導聚合物以質量份數比1:3組成。這種組合方式充分利用了兩種材料的特性，實現了固態電解質膜的高性能。聚氧化乙烯(peo)是一種常用的聚合物基體材料，具有良好的機械性能和化學穩定性。peo作為聚合物基體，為固態電解質膜提供了良好的結構支撐和穩定性。同時，peo還具有一定的離子傳導能力，可以在一定程度上提高固態電解質膜的離子電導率。離子傳導聚合物是一種特殊的聚合物，具有高離子電導率和良好的化學穩定性。離子傳導聚合物與peo相互交聯形成導鋰支撐網絡，這種網絡結構有助于鋰離子的傳輸，縮短了鋰離子的傳輸距離，降低了電解質顆粒間的傳遞阻抗，從而提高了固態電解質膜的離子電導率。此外，離子傳導聚合物還具有較高的機械強度，可以提高固態電解質膜的抗壓能力，使其能夠承受更高的運行壓力。
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【技術保護點】
1.一種固態電解質膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述一種固態電解質膜的制備方法，其特征在于，在步驟S1中，所述改性硫化物固態電解質和聚合物固態電解質的質量份數比為（90-95）:（5-10）。
3.根據權利要求1所述一種固態電解質膜的制備方法，其特征在于，在步驟S1中，所述改性硫化物固態電解質的制備方法為：將十三氟辛基三乙氧基硅烷、硫化物固態電解質和無水乙腈加入反應器中，在氮氣氣氛80℃下反應8小時，然后離心分離，收集固體，并用無水乙腈洗滌固體三次，在真空50℃下干燥12h，得到改性硫化物固態電解質。
4.根據權利要求3所述一種固態電解質膜的制備方法，其特征在于，所述硫化物固態電解質、十三氟辛基三乙氧基硅烷和無水乙腈的用量比為100g:（2g-4g）:0.6L。
5.根據權利要求1所述一種固態電解質膜的制備方法，其特征在于，所述硫化物固態電解質為Li6PS5Cl、Li6PS5Br和Li10SnP2S12中的至少一種，所述硫化物固態電解質的D50為3-5μm。
6.根據權利要求1所述一種固態電
7.根據權利要求6所述一種固態電解質膜的制備方法，其特征在于，所述離子傳導聚合物的制備方法，包括以下步驟：
8.根據權利要求1所述一種固態電解質膜的制備方法，其特征在于，在步驟S1中，所述熔點低的溶劑為丙酮、異丙醇和四氫呋喃中的至少一種。
9.一種根據權利要求1至8任一項所述一種固態電解質膜的制備方法制備的固態電解質膜，其特征在于，所述固態電解質膜的離子電導率≥1.5mS/cm。
10.一種全固態電池，其特征在于，包括權利要求9所述的固態電解質膜。
...【技術特征摘要】
1.一種固態電解質膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述一種固態電解質膜的制備方法，其特征在于，在步驟s1中，所述改性硫化物固態電解質和聚合物固態電解質的質量份數比為（90-95）:（5-10）。
3.根據權利要求1所述一種固態電解質膜的制備方法，其特征在于，在步驟s1中，所述改性硫化物固態電解質的制備方法為：將十三氟辛基三乙氧基硅烷、硫化物固態電解質和無水乙腈加入反應器中，在氮氣氣氛80℃下反應8小時，然后離心分離，收集固體，并用無水乙腈洗滌固體三次，在真空50℃下干燥12h，得到改性硫化物固態電解質。
4.根據權利要求3所述一種固態電解質膜的制備方法，其特征在于，所述硫化物固態電解質、十三氟辛基三乙氧基硅烷和無水乙腈的用量比為100g:（2g-4g）:0.6l。
5.根據權利要求1所述一種固態電解質膜的制備方法，其特征...
【專利技術屬性】
技術研發人員：胡毅松，鄭金彬，陳上生，
申請(專利權)人：廈門寶龍新能源發展有限公司，
類型：發明
國別省市：
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