本发明涉及电极材料,尤其是一种通过调控骨架结构提升硫基复合固态电解质薄膜性能的方法。
背景技术:
1、全固态锂电池被视为下一代储能电池的发展方向,通过使用不易燃的固态电解质层替换传统锂离子电池中的低燃点有机电解液,大幅改善锂电池的安全性能的同时,还可以与锂金属负极搭配实现更高的能量密度,进一步开发锂电池的应用潜力。固态电解质时全固态锂电池的核心组成部分,硫化物固态电解质具有高离子电导率、高延展性等优点,是固态电解质的一大开发方向。在制备较大尺寸固态锂电池时,需要制备超薄固态电解质片,然而硫化物固态电解质粉末直接冷压加工制成的陶瓷薄片容易产生裂纹,无法直接应用;且厚度偏高,阻碍了固态电池高比能量的实现。
2、将硫化物与聚合物复合制备具有高离子电导率的柔性硫基固态电解质薄膜可以在兼顾硫化物基体的高离子电导率的同时,改善其成型性能,并减小厚度。目前报道的硫基固态电解质薄膜制备方法主要有液相法和固相法:其中液相法所用有机溶剂容易残余,且硫化物会与极性溶剂发生反应,导致所制备薄膜离子电导率偏低;固相法主要是采取热压、热辊等方法直接将聚合物与硫化物的混合物压制成型,由于不涉及到溶剂的添加,离子电导率相对要高。2019年hippauf等人(hippauff,schumm et al.overcoming binderlimitations of sheet-type solid-state cathodes using a solvent-free dry-filmapproach[j].energy storage materials,2019,21:390-8.)使用纤维聚四氟乙烯(ptfe)和li6ps5cl制备了厚度为150μm的硫基复合电解质膜,室温离子电导率为2.7ms/cm。然而,直接采用纤维聚四氟乙烯(ptfe)和硫化物固态电解质干法制备的硫基电解质薄膜不仅离子电导率均低于基体硫化物固态电解质,而且力学性能不佳,在与合金或锂金属负极匹配组装成固态电池时,会因为压力产生缺陷,甚至造成金属负极穿透电解质薄膜造成短路,严重影响了固态电解质薄膜的实际应用。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述技术问题,本发明提供一种通过调控骨架结构提升硫基复合固态电解质薄膜性能的方法,具体是通过以下技术方案得以实现的。
2、一种通过调控骨架结构提升硫基复合固态电解质薄膜性能的方法,包括以下步骤:
3、(1)在硫化物固态电解质基体中添加0.1-6wt%的聚四氟乙烯(ptfe)和0.1-6wt%丙烯酰类单体;
4、(2)向步骤(1)所得混合物中加入0.01-0.03wt%具有多官能度的交联剂和0.02-0.05wt%的引发剂;
5、(3)对步骤(2)所得混合物使用行星式球磨机中速球磨;随后在80-130℃温度下使用对辊机辊压形成30-120μm厚的薄膜形态;
6、(4)将薄膜通过引发剂促使丙烯酰类单体聚合形成交联结构,与聚四氟乙烯形成网络互穿的支撑骨架,以此制备得到高性能柔性硫基固态电解质薄膜。
7、进一步的,所述硫化物固态电解质基体,是li6-xps5-xcl1+x或li9.6-0.2xsi3-4.2xp4.8xs12-xclx。
8、进一步的,所述丙烯酰类单体,是丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酰或其他丙烯酰类单体。
9、进一步的,所述具有多官能度的交联剂,是乙二醇二甲基丙烯酸酯或n,n-亚甲基双丙烯酰胺。
10、进一步的,所述引发剂,是光引发剂或热引发剂。
11、所述热引发剂可以是偶氮二异丁腈或偶氮二异丁酸二甲酯。所述光引发剂可以是2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮。
12、进一步的,所述中速球磨,具体是150-300rpm球磨30min。
13、进一步的,所述对辊机辊压的压力为3t。
14、进一步的,所述通过引发剂,具体是通过光引发剂或热引发剂,在光照或加热条件下,具体光照和加热参数根据引发剂的不同进行调整。
15、与现有技术相比,本发明创造的技术效果体现在:
16、本申请借助丙烯酰类单体聚合形成交联结构,物理上与聚四氟乙烯形成网络互穿的支撑骨架,在不与硫化物基体发生化学反应的情况下提供强度与化学键等同的骨架结构,与硫化物复合制备出高性能硫基复合固态电解质薄膜,室温离子电导率最高可达16.7ms/cm。
1.一种通过调控骨架结构提升硫基复合固态电解质薄膜性能的方法,其特征在于,包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的通过调控骨架结构提升硫基复合固态电解质薄膜性能的方法,其特征在于,所述硫化物固态电解质基体,是li6-xps5-xclx或li9.6-0.2xsi3-4.2xp4.8xs12-xclx。
3.根据权利要求1所述的通过调控骨架结构提升硫基复合固态电解质薄膜性能的方法,其特征在于,所述丙烯酰类单体单元是丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酰胺。
4.根据权利要求1所述的通过调控骨架结构提升硫基复合固态电解质薄膜性能的方法,其特征在于,所述具有多官能度的交联剂,是乙二醇二甲基丙烯酸酯或n,n-亚甲基双丙烯酰胺。
5.根据权利要求1所述的通过调控骨架结构提升硫基复合固态电解质薄膜性能的方法,其特征在于,所述引发剂,是光引发剂或热引发剂。
6.根据权利要求5所述的通过调控骨架结构提升硫基复合固态电解质薄膜性能的方法,其特征在于,所述热引发剂是偶氮二异丁腈或偶氮二异丁酸二甲酯。
7.根据权利要求5所述的通过调控骨架结构提升硫基复合固态电解质薄膜性能的方法,其特征在于,所述光引发剂是2-羟基-4′-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮。
8.根据权利要求1所述的通过调控骨架结构提升硫基复合固态电解质薄膜性能的方法,其特征在于,所述中速球磨,具体是150-300rpm。
9.根据权利要求1所述的通过调控骨架结构提升硫基复合固态电解质薄膜性能的方法,其特征在于,所述对辊机辊压的压力为3t。
10.根据权利要求1所述的通过调控骨架结构提升硫基复合固态电解质薄膜性能的方法,其特征在于,所述通过引发剂,具体是通过光引发剂或热引发剂,在光照或加热条件下,具体光照和加热参数根据引发剂的不同进行调整。
