本技术涉及锂离子电池领域,采用三聚氰胺海绵为基底,利用冰模板法制备多孔LATP陶瓷片,并结合滴定渗透法引入聚合物,形成复合固态电解质。该电解质具备优异的离子导电性和机械稳定性,有效提升电池性能和安全性。
背景技术
锂离子电池因具有相对较高的功率/能量密度而在电子器件、电动汽车和大容量储能系统中得到广泛应用。传统锂离子电池采用电阻较低的液态电解质,液态电解质虽具有导电性高,电极表面的润湿性优异等优点,但是在使用过程中存在漏液、自燃等安全隐患。与液态电解质相比,固态电解质倾向于降低电池的总重量和体积,从而增加其质量能量密度和体积能量密度,且固态电解质具有不可燃等特点。固态电解质作为固态电池的重要组成部分,其性能高低对电池的电化学性能起着至关重要的作用。
常见的固态电解质包括无机固态电解质和聚合物电解质两种。无机固态电解质主要有NASICON型、钙钛矿型、石榴石型等,无机固态电解质的优点在于具有优异的稳定性和较宽的电化学工作窗口,但是不同类型的无机固态电解质各有优缺点,无法兼顾所有优势,且在降低与电极之间界面阻抗方面存在技术障碍。聚合物电解质是将锂盐复合到聚合物基体中形成的一种电解质材料,聚合物基体包括聚氧化乙烯(PEO)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚碳酸亚丙酯(PPC)等。由于聚合物电解质具有柔软灵活的特点,在商业应用中更易实现;但大部分聚合物电解质在室温下都存在着离子导通率较低(10-8
-10-5
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)和电化学窗口(<5V vs.Li+
/Li)受限等问题。
将有机和无机固态电解质相结合构建复合固态电解质,使其同时具备无机固态材料的高强度特性和聚合物材料的柔韧性,成为有效应对上述问题的方法。最常见的措施是将零维无机颗粒或一维无机纤维作为填料以机械混合的方式分散在聚合物骨架中,无机填料的添加可在一定程度上降低聚合物的结晶度,提高聚合物基体的电导率,但是此类填料的加入对提高复合电解质电导率的作用是有限的,且一味大量添加会导致颗粒或纤维趋于团聚,复合电解质的电导率难以得到更进一步的提升,甚至会出现下降的情况。因此,制备结构合理的复合固态电解质是解决相应问题的关键。
中国专利CN 116207337 A公开一种复合固态电解质及其制备方法,其将无机陶瓷粉末与氯化钠混合作为造孔剂,在不添加粘结剂的条件下,制备了具有3D网络结构的LATP骨架,通过向其中加入PIL聚合物形成3D复合固态电解质,3D网络结构为锂离子提供快速传输通道,使得所得材料的离子电导率达到1.59×10-4
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。但是,经进一步研究发现,该方案利用NaCl作为模板,当NaCl用量较少时,虽然LATP成片率高,但是骨架内部未能有效形成联通孔;而提升NaCl用量后,虽然多孔结构易于成型,但是又会引起LATP骨架的坍塌,所以结构稳定性和材料性能方面难以兼顾,因而有必要对具有网络结构的LATP骨架的制备进行更为深入的研究。
实现思路