【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及固態電解質膜鋰金屬電池，具體涉及一種導離子/導離子和電子的非對稱固態電解質膜及其制備方法和固態鋰金屬電池，所述固態鋰金屬電池由所述固態電解質膜組裝而成。
技術介紹
1、隨著經濟的發展、科技的進步、人口的增長，能源的重要性越發突顯。目前傳統的化石燃料不可再生，而且伴隨著環境污染問題，開發新的清潔能源已經刻不容緩。為了提高對能源的利用，電池作為能量儲存與轉化裝置受到關注。鋰離子電池具有能量密度高，循環壽命長、工作電壓高等優點，受到越來越多的關注，已經廣泛應用于便攜式電子產品，電動汽車等領域。但是，傳統的鋰離子電池還存在電解液易泄漏、易揮發、易燃等安全問題，能量密度也快達到理論上限，需要研發更安全、能量密度更高的電池。固態鋰離子電池具有更高的安全性和能量密度，具有很好的發展前景。
2、固態鋰離子電池存在固態電解質膜的室溫離子電導率較低和鋰枝晶生長問題，且固態電解質與電極都為固態，固相界面無法完全貼合，是一種固/固界面的點接觸，界面接觸不良。固態電解質膜作為固態鋰離子電池的核心，是解決這些問題的關鍵。研發新型兼具高離子電導率和抑制鋰枝晶能力的固態電解質膜，對提高固態鋰離子電池的綜合性能具有重要意義。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種導離子/導離子和電子的非對稱固態電解質膜，該電解質膜面向正極側導離子，面向負極側導離子和電子同時以誘導鋰離子定向沉積于該側膜中及負極界面，形成連接電解質膜和鋰負極的鋰金屬層，實現鋰離子均勻沉積并緩解固態電解質和電極的固/固
2、本專利技術的目的之二在于提供導離子/導離子和電子的非對稱固態電解質膜的制備方法。通過靜電紡絲、靜電噴霧或磁控濺射法的方法得到面向鋰金屬側含有導電材料的非對稱基膜，然后通過原位聚合法獲得非對稱固態電解質膜，該方法簡便、易放大和可用于大規模生產；還可以通過溶液澆鑄、刮膜、滾壓和增材制造中的一種或幾種方法獲得面向正極側的電解質，然后在正極側電解質上通過溶液澆鑄、刮膜、滾壓和增材制造中的一種或幾種方法獲得面向負極側的添加導電材料電解質。
3、本專利技術的目的之三在于提供基于上述非對稱固態電解質膜的固態鋰金屬電池，提升電池電化學性能。
4、為實現以上目的，本專利技術提供了以下技術方案：
5、一種導離子/導離子和電子的非對稱固態電解質膜，面向正極側包括導離子的電解質，面向負極側包括添加電子導電材料的同時導離子和電子的電解質。
6、更進一步地，所述導電材料包括碳納米管、銀納米線、銀納米顆粒、銅納米線、銅顆粒和銀銅合金中的一種或幾種。
7、更進一步地，所述非對稱固態電解質膜，包括非對稱基膜，所述非對稱基膜面向正極的一側包括聚合物或電解質，面向鋰金屬負極的一側包括導電材料和聚合物的混合物或導電材料；所述非對稱基膜中填充聚合物電解質，所述聚合物電解質含有增塑劑和鋰鹽。所述非對稱固態電解質膜面向正極側導離子，面向負極側導離子和電子同時誘導鋰離子定向沉積于該側膜中及與鋰金屬負極界面，形成連接電解質膜和鋰負極的鋰金屬層，實現鋰離子均勻沉積，改善鋰枝晶生長問題。
8、更進一步的是，所述非對稱基膜面向鋰金屬負極一側的電子導電材料與聚合物的質量比為0.0001:1～1:0，優選0.1:1～1:0。
9、更進一步的是，所述非對稱基膜中，所述聚合物是制備基膜的聚合物，包括聚丙烯腈、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯和聚氯乙烯中的一種或幾種。
10、更進一步的是，所述聚合物電解質通過混合增塑劑、溶解鋰鹽的傳導鋰離子的聚合物單體聚合得到。
11、更進一步的是，所述增塑劑包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、乙二醇二甲醚、丁二腈和氟乙腈中的一種或幾種；所述鋰鹽包括雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、六氟磷酸鋰、二氟磷酸鋰、高氯酸鋰、四氟硼酸鋰、二草酸硼酸鋰和二氟草酸硼酸鋰中的一種或幾種；所述聚合物單體包括聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、碳酸亞乙烯酯、聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、四氫呋喃和1，3-二氧戊環中的一種或幾種。
12、本專利技術還提供所述導離子/導離子和電子的一種非對稱固態電解質膜的制備方法，所述電解質通過溶液澆鑄、刮膜、滾壓和增材制造中的一種或幾種方法獲得面向正極側的電解質，然后在正極側電解質上通過溶液澆鑄、刮膜、滾壓和增材制造中的一種或幾種方法獲得面向負極側的添加導電材料電解質。
13、本專利技術還提供所述導離子/導離子和電子的一種非對稱固態電解質膜的制備方法，包括如下步驟：
14、(1)非對稱基膜的制備
15、將導電材料、聚合物和溶劑加熱混合攪拌，形成均勻、粘稠的紡絲液，在聚合物膜或電解質膜上進行靜電紡絲，得到單側導電的非對稱基膜；或者通過靜電噴霧法或磁控濺射法在聚合物膜或電解質膜單面電噴導電材料，獲得單側導電的非對稱基膜；
16、(2)非對稱固態電解質膜的制備
17、將鋰鹽溶解于聚合物單體和增塑劑中，加入聚合引發劑攪拌均勻，滴到步驟(1)制備的非對稱基膜上，將其轉入烘箱中加熱聚合得到非對稱固態電解質膜。
18、更進一步的是，步驟(1)中，所述溶劑是溶解聚合物的溶劑，包括n，n-二甲基甲酰胺、n，n-二甲基乙酰胺、四氫呋喃、水、乙醇、丙酮、甲苯、二甲苯、氯仿、二氯甲烷或二甲基亞砜。
19、更進一步的是，導電材料在紡絲液中、靜電噴霧液中或面向負極側電解質中的質量百分比為0.1％～99.9％。
20、更進一步的是，所述聚合物膜通過靜電紡絲或相轉化法得到，所述聚合物在膜液中的質量百分比為1％～50％；所述電解質膜通過溶液澆鑄、刮膜、滾壓和增材制造中的一種或幾種方法獲得。
21、更進一步的是，步驟(1)中，所述混合攪拌時間為1～48h，加熱溫度為30～100℃。
22、更進一步的是，步驟(1)中，所述靜電紡絲的電壓為5～50kv，紡絲速度為0.001～10ml?min-1，接收距離為0.5cm～80cm。
23、更進一步的是，步驟(2)中，所述聚合物單體和鋰鹽的質量比為0.01:1～100:1。
24、更進一步的是，步驟(2)中，所述增塑劑與聚合物單體的質量比為0.001:1～100:1。
25、更進一步的是，步驟(2)中，所述聚合引發劑的質量為聚合物單體質量的0.01～100％。
26、更進一步的是，步驟(2)中聚合引發劑包括2，2-偶氮二異丁腈、過氧化二苯甲酰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、二草酸硼酸鋰、三氟化硼和三氟甲磺酸鋁中的一種或幾種。
27、更進一步的是，步驟(2)中，所述攪拌時間為1～48h。
28、更進一步的是，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種導離子/導離子和電子的非對稱固態電解質膜，其特征在于：面向正極側包括導離子的電解質，面向負極側包括添加電子導電材料的同時導離子和電子的電解質。
2.如權利要求1所述的一種導離子/導離子和電子的非對稱固態電解質膜，其特征在于：所述導電材料包括碳納米管、銀納米線、銀納米顆粒、銅納米線、銅顆粒和銀銅合金中的一種或幾種。
3.如權利要求1所述的一種導離子/導離子和電子的非對稱固態電解質膜，其特征在于：包括非對稱基膜，所述非對稱基膜面向正極側包括聚合物或電解質，面向鋰金屬負極側包括導電材料和聚合物的混合物或導電材料；所述非對稱基膜中填充聚合物電解質，所述聚合物電解質含有增塑劑和鋰鹽。
4.如權利要求3所述的一種導離子/導離子和電子的非對稱固態電解質膜，其特征在于：所述聚合物包括聚丙烯腈、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯和聚氯乙烯中的一種或幾種；和/或
5.一種權利要求1所述的導離子/導離子和電子的非對稱固態電解質膜的制備方法，其特征在于：所述面向正極側的電解質通過溶液
6.一種權利要求3所述的導離子/導離子和電子的非對稱固態電解質膜的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：
7.如權利要求5或6所述的導離子/導離子和電子的非對稱固態電解質膜的制備方法，其特征在于：導電材料在紡絲液中、靜電噴霧液中或面向負極側電解質中的質量百分比為0.1％～99.9％。
8.如權利要求6所述的導離子/導離子和電子的非對稱固態電解質膜的制備方法，其特征在于：步驟(2)中，所述聚合物單體和鋰鹽的質量比為0.01:1～100:1；所述增塑劑與聚合物單體的質量比為0.001:1～100:1；所述聚合引發劑的質量為聚合物單體質量的0.01～100％。
9.如權利要求6所述的導離子/導離子和電子的非對稱固態電解質膜的制備方法，其特征在于：步驟(1)中所述混合攪拌時間為1～48h，加熱溫度為30～100℃；和/或，
10.一種固態鋰金屬電池，其特征在于包括正極、負極和固態電解質膜，其特征在于：所述固態電解質膜為權利要求1或3所述導離子/導離子和電子的非對稱固態電解質膜。
...【技術特征摘要】
1.一種導離子/導離子和電子的非對稱固態電解質膜，其特征在于：面向正極側包括導離子的電解質，面向負極側包括添加電子導電材料的同時導離子和電子的電解質。
2.如權利要求1所述的一種導離子/導離子和電子的非對稱固態電解質膜，其特征在于：所述導電材料包括碳納米管、銀納米線、銀納米顆粒、銅納米線、銅顆粒和銀銅合金中的一種或幾種。
3.如權利要求1所述的一種導離子/導離子和電子的非對稱固態電解質膜，其特征在于：包括非對稱基膜，所述非對稱基膜面向正極側包括聚合物或電解質，面向鋰金屬負極側包括導電材料和聚合物的混合物或導電材料；所述非對稱基膜中填充聚合物電解質，所述聚合物電解質含有增塑劑和鋰鹽。
4.如權利要求3所述的一種導離子/導離子和電子的非對稱固態電解質膜，其特征在于：所述聚合物包括聚丙烯腈、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯和聚氯乙烯中的一種或幾種；和/或
5.一種權利要求1所述的導離子/導離子和電子的非對稱固態電解質膜的制備方法，其特征在于：所述面向正極側的電解質通過溶液澆鑄、刮膜、滾壓和增材制造中的一種或幾種方法獲...
【專利技術屬性】
技術研發人員：齊新鴻，賀高紅，李易杭，張詩晨，阮雪華，李甜甜，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發明
國別省市：
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