具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质及其制备方法
阅读：393发布：2024-02-29
专利汇可以提供具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种具有室温电导率的 聚合物 基质的固体 电解 质及其制备方法，以有机聚合物作为基质，均匀掺杂锂盐和无机材料颗粒，无机材料颗粒在固体 电解质 径向形成有序分布，使无机材料颗粒在电解质界面处形成快离子通道，构成快离子导体结构。利用 电场 使电解质内部无机材料颗粒发生极化，同时由于颗粒在电解质界面处有快离子通道，极化使有序分布的颗粒成链，快离子通道可能在电解质径向形成，提高电导率。本发明固态电解质具有室温电导率高，机械性能好的特点，可以用于室温固态 锂离子 电池 电解质，应用本发明的固态电解质的室温固态 锂离子电池 具有较高的充放电倍率，循环 稳定性 和安全性，可以用于手持式 电子 设备和电动 汽车 等设备。，下面是具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质，其特征在于：以有机聚合物作为基质，在有机聚合物中均匀掺杂锂盐和无机材料颗粒，有机聚合物和锂盐的质量比为10：(1～4)，无机材料颗粒在固体电解质中的质量含量为1～50％，其中无机材料颗粒在固体电解质径向形成有序分布的链状颗粒分布形式或者带状颗粒分布形式，使无机材料颗粒在电解质界面处形成快离子通道，构成快离子导体结构。
2.根据权利要求1所述具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质，其特征在于：所述有机聚合物为聚环氧乙烷、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚环氧丙烷、聚偏氯乙烯、聚碳酸乙烯酯、聚三亚甲基碳酸酯、聚碳酸丙烯酯及其衍生物中的任意一种或任意几种的组合物。
3.根据权利要求1所述具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质，其特征在于：所述锂盐为LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6和LiTFSI中的任意一种或任意几种的组合物。
4.根据权利要求1所述具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质，其特征在于：所述无机材料颗粒为不含锂化合物和含锂化合物中的任意一种或任意几种的组合物；其中不含锂化合物包括Al2O3、TiO2、SiO2、BaTiO3、ZrO2、SN和脱蒙土；含锂化合物包括LiAlO2、LiO2、Li14Zn(GeO4)4、Li3xLa2/3-xTiO3(0
6.根据权利要求5所述具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质，其特征在于：有机聚合物和锂盐的质量比为10：(2～3)。
7.根据权利要求1～4中任意一项所述具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质，其特征在于：所述无机材料颗粒在整个固态电解质中的质量含量为12～25％。
8.根据权利要求1～4中任意一项所述具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质，其特征在于：固体电解质具有膜材料形式。
9.一种权利要求1所述具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质的制备方法，其特征在于：使用电压为100V～10KV的电场，利用高电压使固态电解质中的无机材料颗粒发生极化，调控无机材料颗粒在固体电解质径向形成有序分布的链状颗粒分布形式或者带状颗粒分布形式，使无机材料颗粒在电解质界面处形成多线程并行的快离子通道，构成快离子导体结构，制备固体电解质薄膜。
10.根据权利要求9所述固体电解质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.将有机聚合物、锂盐和无机材料填充颗粒进行混合制成混合料，有机聚合物和锂盐的质量比为10：(1～4)，无机材料颗粒在混合料中的质量含量为1～50％；然后向混合浆料中继续加入溶剂进行搅拌，混合均匀后得到均匀的混合浆料，备用；
b.将在所述步骤a中所得的混合浆料涂覆在金属电极板上，形成涂覆的电解质浆料薄膜，然后在电解质浆料薄膜上加盖另一金属电极板，使电解质浆料薄膜两侧与金属电极板紧密接触，形成夹板结构体系，将金属电极板分别接上电源的正负极上，向电解质浆料薄膜施加电场，使固态电解质中的无机材料颗粒发生极化，并进行极化保持；
c.在完成在所述步骤b中极化后，采用热作用工艺、光作用工艺或光热联合作用工艺，直至使电解质浆料薄膜固化成固体膜，从而得到所需的固态电解质。
11.根据权利要求10所述固体电解质的制备方法，其特征在于：在所述步骤a中，有机聚合物和锂盐的质量比为10：(2～3)；无机材料颗粒在混合料中的质量含量为12～25％。
12.根据权利要求10所述固体电解质的制备方法，其特征在于：在所述步骤b中，向电解质浆料薄膜施加电压为2KV～3KV的电场，保持高压电至少50min，进行极化作用保持。
13.根据权利要求10所述固体电解质的制备方法，其特征在于：在所述步骤c中，采用烘箱将电解质浆料薄膜固化成固体电解质膜，设定烘箱的温度不低于60℃，加热保持不低于
12h。
具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质及其制备方法
技术领域
背景技术
[0002] 锂离子电池是一种绿色储能装置，在国家倡导由传统化石能源转向绿色新型清洁能源中起着重要作用。锂离子电池具有能量密度高，输出电压高，使用寿命长等优点。目前市场上使用的锂离子电池主要采用有机液态电解质和凝胶电解质，而上述电解质中含有易挥发，易燃，易爆的有机液体，给电池体系带来了严重的安全隐患。使用固态电解质可有效提高锂离子电池的安全性。但目前常见的锂离子电池使用的固态电解质室温锂离子电导率约10-6S cm-1，远低于液态电解质的电导率。所以寻求一种高电导率的固态电解质尤为重要。
发明内容
[0003] 为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质及其制备方法，利用电场使电解质内部无机材料颗粒发生极化，同时由于颗粒在电解质界面处有快离子通道，极化使有序分布的颗粒成链，快离子通道可能在电解质径向形成，提高电导率。本发明固态电解质具有室温电导率高，机械性能好的特点，可以用于室温固态锂离子电池电解质，应用本发明的固态电解质的室温固态锂离子电池具有较高的充放电倍率，循环稳定性和安全性，可以用于手机、笔记本电脑、充电宝等手持式电子设备和电动汽车等设备。
[0004] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0005] 一种具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质，以有机聚合物作为基质，在有机聚合物中均匀掺杂锂盐和无机材料颗粒，有机聚合物和锂盐的质量比为10：(1～4)，无机材料颗粒在固体电解质中的质量含量为1～50％，其中无机材料颗粒在固体电解质径向形成有序分布的链状颗粒分布形式或者带状颗粒分布形式，使无机材料颗粒在电解质界面处形成快离子通道，构成快离子导体结构。
[0006] 上述有机聚合物优选采用聚环氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚环氧丙烷(PPO)、聚偏氯乙烯(PVDC)、聚碳酸乙烯酯(PEC)、聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)、聚碳酸丙烯酯(PPC)及其衍生物中的任意一种或任意几种的组合物。
[0007] 上述锂盐优选采用LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6和LiTFSI中的任意一种或任意几种的组合物。
[0008] 上述无机材料颗粒优选采用不含锂化合物和含锂化合物中的任意一种或任意几种的组合物；其中优选不含锂化合物包括Al2O3、TiO2、SiO2、BaTiO3、ZrO2、SN和脱蒙土；优选含锂化合物包括LiAlO2、LiO2、Li14Zn(GeO4)4、Li3xLa2/3-xTiO3(0
[0009] 上述锂盐在整个固态电解质中的质量含量范围优选为1～30％。
[0010] 上述有机聚合物和锂盐的质量比优选为10：(2～3)。
[0011] 上述无机材料颗粒在整个固态电解质中的质量含量优选为12～25％；
[0012] 上述固体电解质优选具有膜材料形式。
[0013] 一种本发明具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质的制备方法，使用电压为100V～10KV的电场，利用高电压使固态电解质中的无机材料颗粒发生极化，调控无机材料颗粒在固体电解质径向形成有序分布的链状颗粒分布形式或者带状颗粒分布形式，使无机材料颗粒在电解质界面处形成多线程并行的快离子通道，构成快离子导体结构，制备固体电解质薄膜。
[0014] 上述固体电解质的制备方法，优选包括如下步骤：
[0015] a.将有机聚合物、锂盐和无机材料填充颗粒进行混合制成混合料，有机聚合物和锂盐的质量比为10：(1～4)，无机材料颗粒在混合料中的质量含量为1～50％；然后向混合浆料中继续加入溶剂进行搅拌，混合均匀后得到均匀的混合浆料，备用；优选有机聚合物和锂盐的质量比为10：(2～3)；优选无机材料颗粒在混合料中的质量含量为12～25％；
[0016] b.将在所述步骤a中所得的混合浆料涂覆在金属电极板上，形成涂覆的电解质浆料薄膜，然后在电解质浆料薄膜上加盖另一金属电极板，使电解质浆料薄膜两侧与金属电极板紧密接触，形成夹板结构体系，将金属电极板分别接上电源的正负极上，向电解质浆料薄膜施加电场，使固态电解质中的无机材料颗粒发生极化，并进行极化保持；优选向电解质浆料薄膜施加电压为2KV～3KV的电场，优选保持高压电至少50min，进行极化作用保持；
[0017] c.在完成在所述步骤b中极化后，采用热作用工艺、光作用工艺或光热联合作用工艺，直至使电解质浆料薄膜固化成固体膜，从而得到所需的固态电解质。优选采用烘箱将电解质浆料薄膜固化成固体电解质膜，优选设定烘箱的温度不低于60℃，优选加热保持不低于12h。
[0018] 本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
[0019] 1.本发明方法利用高电压使无机陶瓷颗粒在有机高分子电解质固化成膜过程中发生极化，由无序分布转变为有序分布，制备出高电导率电解质薄膜，本发明可使固态电池在室温下应用，同时抑制锂枝晶，提高锂离子电池安全性能；
[0020] 2.本发明新型固态电解质可以有效提高锂离子电池在室温下的率性能；采用新型固态电解质的制备方法，使组装电池更加容易；
[0022] 图1是本发明实施例一制备方法在应用电压极化后电解质中陶瓷颗粒的分布示意图。
[0023] 图2是本发明实施例一固体电解质的制备方法的流程图。
[0024] 图3是本发明实施例一方法制备的PEO-LiClO4-SiO2(12％)固态电解质室温阻抗图。
[0025] 图4是本发明实施例二方法制备的PAN-LiTFSI-LLZTO(20％)固态电解质室温阻抗图。
[0026] 图5是本发明实施例三方法制备的PEO-LiClO4-Al2O3(20％)固态电解质室温阻抗图。
[0027] 图6是本发明实施例四方法制备的PEO-LiClO4-TiO2(15％)固态电解质室温阻抗图。
[0028] 图7是本发明实施例五方法制备的PEO-LiClO4-BaTiO3(15％)固态电解质室温阻抗图。
[0029] 图8是本发明实施例六方法制备的PEO-LiClO4-ZrO2(25％)固态电解质室温阻抗图。
[0030] 图9是本发明实施例七中用实施例二的固体电解质应用于固态锂电池的充放电曲线图。
具体实施方式
[0031] 以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
[0032] 实施例一：
[0033] 在本实施例中，参见图1，一种具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质，以有机聚合物PEO作为基质，在PEO中均匀掺杂锂盐LiClO4和无机材料颗粒2，无机材料颗粒2采用SiO2颗粒，其中SiO2颗粒在固体电解质径向形成有序分布的链状颗粒分布形式，使SiO2颗粒在电解质界面处形成快离子通道，构成快离子导体结构。参见图1，有机聚合物PEO和锂盐LiClO4形成基体复合材料1，相比普通复合材料的掺杂相，本实施例聚合物基质的固体电解质使无机陶瓷颗粒在有机高分子电解质固化成膜中由无序分布转变为有序分布，制备出高电导率电解质薄膜，本实施例可使固态电池在室温下应用，同时抑制锂枝晶，提高锂离子电池安全性能。
[0034] 在本实施例中，参见图2，具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质的制备方法，全部在充满惰性气氛的手套箱中进行，包括如下步骤：
[0035] a.在充满惰性气氛的手套箱中，按照PEO和LiClO4的质量比为10:3的比例，称取PEO和LiClO4放入烧杯中进行混合，然后称取SiO2放入烧杯，进行混合制成混合料，其中无机材料填充颗粒SiO2在混合料中的质量含量为12％；然后向混合浆料中继续加入溶剂乙腈进行搅拌8h，混合均匀后得到均匀的混合浆料，备用；
[0036] b.将在所述步骤a中所得的混合浆料涂覆在金属电极板3上，形成涂覆的电解质浆料薄膜，然后在电解质浆料薄膜上加盖另一金属电极板3，使电解质浆料薄膜两侧与金属电极板3紧密接触，形成夹板结构体系，将夹板结构体系置于烘箱中，并将金属电极板3分别接上电源的正负极上，向电解质浆料薄膜施加电场，在正负极板上接通高压电2KV，保持50min，使固态电解质中的SiO2颗粒发生极化，并实现极化保持；
[0037] c.在完成在所述步骤b中极化后，采用热作用工艺，设定烘箱的温度为60℃，加热保持12h，使电解质浆料薄膜固化成固体膜，从而得到所需的PEO-LiClO4-SiO2固态电解质。
[0038] 对本实施例制备的固态电解质进行电性能测试分析，其室温阻抗图参见图3，从阻抗图上看，本实施例PEO-LiClO4-12wt.％SiO2固态电解质膜的室温电阻为180ohms，其室温电导率为1.08*10-4S·cm-1，显著高于目前常见的锂离子电池使用的固态电解质室温锂离子电导率为10-6S·cm-1的指标。本实施例利用高电压使无机陶瓷颗粒在有机高分子电解质固化成膜过程中发生极化，由无序分布转变为有序分布，制备出高电导率电解质薄膜，本实施例制备的固态电池能在室温下应用，同时抑制锂枝晶，提高锂离子电池安全性能。本实施例提供的方法简单易行、成本低廉、适用于可大规模制造的应用。
[0039] 实施例二：
[0040] 本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
[0041] 在本实施例中，一种具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质，以有机聚合物PAN作为基质，在PAN中均匀掺杂锂盐LiTFSI和无机材料颗粒2，无机材料颗粒2采用LLZTO颗粒，其中LLZTO颗粒在固体电解质径向形成有序分布的链状颗粒分布形式，使LLZTO颗粒在电解质界面处形成快离子通道，构成快离子导体结构。有机聚合物PAN和锂盐LiTFSI形成基体复合材料1，相比普通复合材料的掺杂相，本实施例聚合物基质的固体电解质使无机陶瓷颗粒在有机高分子电解质固化成膜中由无序分布转变为有序分布，制备出高电导率电解质薄膜，本实施例可使固态电池在室温下应用，同时抑制锂枝晶，提高锂离子电池安全性能。
[0042] 在本实施例中，具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质的制备方法，全部在充满惰性气氛的手套箱中进行，包括如下步骤：
[0043] a.在充满惰性气氛的手套箱中，按照PAN和LiTFSI的质量比为5:1的比例，称取PAN和LiTFSI放入烧杯中进行混合，然后称取LLZTO放入烧杯，进行混合制成混合料，其中无机材料填充颗粒LLZTO在混合料中的质量含量为20％；然后向混合浆料中继续加入溶剂乙腈进行搅拌8h，混合均匀后得到均匀的混合浆料，备用；
[0044] b.将在所述步骤a中所得的混合浆料涂覆在金属电极板3上，形成涂覆的电解质浆料薄膜，然后在电解质浆料薄膜上加盖另一金属电极板3，使电解质浆料薄膜两侧与金属电极板3紧密接触，形成夹板结构体系，将夹板结构体系置于烘箱中，并将金属电极板3分别接上电源的正负极上，向电解质浆料薄膜施加电场，在正负极板上接通高压电3KV，保持50min，使固态电解质中的LLZTO颗粒发生极化，并实现极化保持；
[0045] c.在完成在所述步骤b中极化后，采用热作用工艺，设定烘箱的温度为60℃，加热保持12h，使电解质浆料薄膜固化成固体膜，从而得到所需的PAN-LiTFSI-LLZTO固态电解质。
[0046] 对本实施例制备的固态电解质进行电性能测试分析，其室温阻抗图参见图4，从阻抗图上看，本实施例PAN-LiTFSI-20wt.％LLZTO固态电解质膜的室温电阻为22ohms，其室温电导率为9.75*10-4S·cm-1，显著高于目前常见的锂离子电池使用的固态电解质室温锂离-6 -1子电导率为10 S·cm 的指标。相比普通复合材料的掺杂相，本实施例聚合物基质的固体电解质使无机陶瓷颗粒在有机高分子电解质固化成膜中由无序分布转变为有序分布，制备出高电导率电解质薄膜，本实施例可使固态电池在室温下应用，同时抑制锂枝晶，提高锂离子电池安全性能。本实施例利用高电压使无机陶瓷颗粒在有机高分子电解质固化成膜过程中发生极化，由无序分布转变为有序分布，制备出高电导率电解质薄膜，本实施例制备的固态电池能在室温下应用，同时抑制锂枝晶，提高锂离子电池安全性能。本实施例提供的方法简单易行、成本低廉、适用于可大规模制造的应用。
[0047] 实施例三：
[0048] 本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
[0049] 在本实施例中，一种具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质，以有机聚合物PEO作为基质，在PEO中均匀掺杂锂盐LiClO4和无机材料颗粒2,PEO和LiClO4的质量比为5:1，无机材料颗粒2采用Al2O3颗粒，其中Al2O3颗粒在固体电解质径向形成有序分布的链状颗粒分布形式，使Al2O3颗粒在电解质界面处形成快离子通道，构成快离子导体结构。有机聚合物PEO和锂盐LiClO4形成基体复合材料1，相比普通复合材料的掺杂相，本实施例聚合物基质的固体电解质使无机陶瓷颗粒在有机高分子电解质固化成膜中由无序分布转变为有序分布，制备出高电导率电解质薄膜，本实施例可使固态电池在室温下应用，同时抑制锂枝晶，提高锂离子电池安全性能。
[0050] 在本实施例中，具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质的制备方法，全部在充满惰性气氛的手套箱中进行，包括如下步骤：
[0051] a.在充满惰性气氛的手套箱中，按照PEO和LiClO4的质量比为5:1的比例，称取PEO和LiClO4放入烧杯中进行混合，然后称取Al2O3放入烧杯，进行混合制成混合料，其中无机材料填充颗粒Al2O3在混合料中的质量含量为20％；然后向混合浆料中继续加入溶剂乙腈进行搅拌8h，混合均匀后得到均匀的混合浆料，备用；
[0052] b.将在所述步骤a中所得的混合浆料涂覆在金属电极板3上，形成涂覆的电解质浆料薄膜，然后在电解质浆料薄膜上加盖另一金属电极板3，使电解质浆料薄膜两侧与金属电极板3紧密接触，形成夹板结构体系，将夹板结构体系置于烘箱中，并将金属电极板3分别接上电源的正负极上，向电解质浆料薄膜施加电场，在正负极板上接通高压电2KV，保持50min，使固态电解质中的Al2O3颗粒发生极化，并实现极化保持；
[0053] c.在完成在所述步骤b中极化后，采用热作用工艺，设定烘箱的温度为60℃，加热保持12h，使电解质浆料薄膜固化成固体膜，从而得到所需的PEO-LiClO4-Al2O3固态电解质。
[0054] 对本实施例制备的固态电解质进行电性能测试分析，其室温阻抗图参见图5，从阻抗图上看，本实施例PEO-LiClO4-20wt.％Al2O3固态电解质膜的室温电阻为110ohms，其室温电导率为1.77*10-4S·cm-1，显著高于目前常见的锂离子电池使用的固态电解质室温锂离子电导率为10-6S·cm-1的指标。相比普通复合材料的掺杂相，本实施例聚合物基质的固体电解质使无机陶瓷颗粒在有机高分子电解质固化成膜中由无序分布转变为有序分布，制备出高电导率电解质薄膜，本实施例可使固态电池在室温下应用，同时抑制锂枝晶，提高锂离子电池安全性能。本实施例利用高电压使无机陶瓷颗粒在有机高分子电解质固化成膜过程中发生极化，由无序分布转变为有序分布，制备出高电导率电解质薄膜，本实施例制备的固态电池能在室温下应用，同时抑制锂枝晶，提高锂离子电池安全性能。本实施例提供的方法简单易行、成本低廉、适用于可大规模制造的应用。
[0055] 实施例四：
[0056] 本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
[0057] 在本实施例中，一种具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质，以有机聚合物PEO作为基质，在PEO中均匀掺杂锂盐LiClO4和无机材料颗粒2，无机材料颗粒2采用TiO2颗粒，其中TiO2颗粒在固体电解质径向形成有序分布的链状颗粒分布形式，使TiO2颗粒在电解质界面处形成快离子通道，构成快离子导体结构。有机聚合物PEO和锂盐LiClO4形成基体复合材料1，相比普通复合材料的掺杂相，本实施例聚合物基质的固体电解质使无机陶瓷颗粒在有机高分子电解质固化成膜中由无序分布转变为有序分布，制备出高电导率电解质薄膜，本实施例可使固态电池在室温下应用，同时抑制锂枝晶，提高锂离子电池安全性能。
[0058] 在本实施例中，具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质的制备方法，全部在充满惰性气氛的手套箱中进行，包括如下步骤：
[0059] a.在充满惰性气氛的手套箱中，按照PEO和LiClO4的质量比为10:3的比例，称取PEO和LiClO4放入烧杯中进行混合，然后称取TiO2放入烧杯，进行混合制成混合料，其中无机材料填充颗粒TiO2在混合料中的质量含量为15％；然后向混合浆料中继续加入溶剂乙腈进行搅拌8h，混合均匀后得到均匀的混合浆料，备用；
[0060] b.将在所述步骤a中所得的混合浆料涂覆在金属电极板3上，形成涂覆的电解质浆料薄膜，然后在电解质浆料薄膜上加盖另一金属电极板3，使电解质浆料薄膜两侧与金属电极板3紧密接触，形成夹板结构体系，将夹板结构体系置于烘箱中，并将金属电极板3分别接上电源的正负极上，向电解质浆料薄膜施加电场，在正负极板上接通高压电2KV，保持50min，使固态电解质中的TiO2颗粒发生极化，并实现极化保持；
[0061] c.在完成在所述步骤b中极化后，采用热作用工艺，设定烘箱的温度为60℃，加热保持12h，使电解质浆料薄膜固化成固体膜，从而得到所需的PEO-LiClO4-TiO2固态电解质。
[0062] 对本实施例制备的固态电解质进行电性能测试分析，其室温阻抗图参见图6，从阻抗图上看，本实施例PEO-LiClO4-15wt.％TiO2固态电解质膜的室温电阻为120ohms，其室温电导率为1.62*10-4S·cm-1，显著高于目前常见的锂离子电池使用的固态电解质室温锂离子电导率为10-6S·cm-1的指标。相比普通复合材料的掺杂相，本实施例聚合物基质的固体电解质使无机陶瓷颗粒在有机高分子电解质固化成膜中由无序分布转变为有序分布，制备出高电导率电解质薄膜，本实施例可使固态电池在室温下应用，同时抑制锂枝晶，提高锂离子电池安全性能。本实施例利用高电压使无机陶瓷颗粒在有机高分子电解质固化成膜过程中发生极化，由无序分布转变为有序分布，制备出高电导率电解质薄膜，本实施例制备的固态电池能在室温下应用，同时抑制锂枝晶，提高锂离子电池安全性能。本实施例提供的方法简单易行、成本低廉、适用于可大规模制造的应用。
[0063] 实施例五：
[0064] 本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
[0065] 在本实施例中，一种具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质，以有机聚合物PEO作为基质，在PEO中均匀掺杂锂盐LiClO4和无机材料颗粒2，无机材料颗粒2采用BaTiO3颗粒，其中BaTiO3颗粒在固体电解质径向形成有序分布的链状颗粒分布形式，使BaTiO3颗粒在电解质界面处形成快离子通道，构成快离子导体结构。有机聚合物PEO和锂盐LiClO4形成基体复合材料1，相比普通复合材料的掺杂相，本实施例聚合物基质的固体电解质使无机陶瓷颗粒在有机高分子电解质固化成膜中由无序分布转变为有序分布，制备出高电导率电解质薄膜，本实施例可使固态电池在室温下应用，同时抑制锂枝晶，提高锂离子电池安全性能。
[0066] 在本实施例中，具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质的制备方法，全部在充满惰性气氛的手套箱中进行，包括如下步骤：
[0067] a.在充满惰性气氛的手套箱中，按照PEO和LiClO4的质量比为10:3的比例，称取PEO和LiClO4放入烧杯中进行混合，然后称取BaTiO3放入烧杯，进行混合制成混合料，其中无机材料填充颗粒BaTiO3在混合料中的质量含量为15％；然后向混合浆料中继续加入溶剂乙腈进行搅拌8h，混合均匀后得到均匀的混合浆料，备用；
[0068] b.将在所述步骤a中所得的混合浆料涂覆在金属电极板3上，形成涂覆的电解质浆料薄膜，然后在电解质浆料薄膜上加盖另一金属电极板3，使电解质浆料薄膜两侧与金属电极板3紧密接触，形成夹板结构体系，将夹板结构体系置于烘箱中，并将金属电极板3分别接上电源的正负极上，向电解质浆料薄膜施加电场，在正负极板上接通高压电2KV，保持50min，使固态电解质中的BaTiO3颗粒发生极化，并实现极化保持；
[0069] c.在完成在所述步骤b中极化后，采用热作用工艺，设定烘箱的温度为60℃，加热保持12h，使电解质浆料薄膜固化成固体膜，从而得到所需的PEO-LiClO4-BaTiO3固态电解质。
[0070] 对本实施例制备的固态电解质进行电性能测试分析，其室温阻抗图参见图7，从阻抗图上看，本实施例PEO-LiClO4-15wt.％BaTiO3固态电解质膜的室温电阻为128ohms，其室温电导率为1.52*10-4S·cm-1，显著高于目前常见的锂离子电池使用的固态电解质室温锂离子电导率为10-6S·cm-1的指标。相比普通复合材料的掺杂相，本实施例聚合物基质的固体电解质使无机陶瓷颗粒在有机高分子电解质固化成膜中由无序分布转变为有序分布，制备出高电导率电解质薄膜，本实施例可使固态电池在室温下应用，同时抑制锂枝晶，提高锂离子电池安全性能。本实施例利用高电压使无机陶瓷颗粒在有机高分子电解质固化成膜过程中发生极化，由无序分布转变为有序分布，制备出高电导率电解质薄膜，本实施例制备的固态电池能在室温下应用，同时抑制锂枝晶，提高锂离子电池安全性能。本实施例提供的方法简单易行、成本低廉、适用于可大规模制造的应用。
[0071] 实施例六：
[0072] 本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
[0073] 在本实施例中，一种具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质，以有机聚合物PEO作为基质，在PEO中均匀掺杂锂盐LiClO4和无机材料颗粒2，无机材料颗粒2采用ZrO2颗粒，其中ZrO2颗粒在固体电解质径向形成有序分布的链状颗粒分布形式，使ZrO2颗粒在电解质界面处形成快离子通道，构成快离子导体结构。有机聚合物PEO和锂盐LiClO4形成基体复合材料1，相比普通复合材料的掺杂相，本实施例聚合物基质的固体电解质使无机陶瓷颗粒在有机高分子电解质固化成膜中由无序分布转变为有序分布，制备出高电导率电解质薄膜，本实施例可使固态电池在室温下应用，同时抑制锂枝晶，提高锂离子电池安全性能。
[0074] 在本实施例中，具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质的制备方法，全部在充满惰性气氛的手套箱中进行，包括如下步骤：
[0075] a.在充满惰性气氛的手套箱中，按照PEO和LiClO4的质量比为10:3的比例，称取PEO和LiClO4放入烧杯中进行混合，然后称取ZrO2放入烧杯，进行混合制成混合料，其中无机材料填充颗粒ZrO2在混合料中的质量含量为25％；然后向混合浆料中继续加入溶剂乙腈进行搅拌8h，混合均匀后得到均匀的混合浆料，备用；
[0076] b.将在所述步骤a中所得的混合浆料涂覆在金属电极板3上，形成涂覆的电解质浆料薄膜，然后在电解质浆料薄膜上加盖另一金属电极板3，使电解质浆料薄膜两侧与金属电极板3紧密接触，形成夹板结构体系，将夹板结构体系置于烘箱中，并将金属电极板3分别接上电源的正负极上，向电解质浆料薄膜施加电场，在正负极板上接通高压电2KV，保持50min，使固态电解质中的ZrO2颗粒发生极化，并实现极化保持；
[0077] c.在完成在所述步骤b中极化后，采用热作用工艺，设定烘箱的温度为60℃，接通电源,加热保持12h，直至使电解质浆料薄膜固化成固体膜，从而得到所需的PEO-LiClO4-ZrO2固态电解质。
[0078] 对本实施例制备的固态电解质进行电性能测试分析，其室温阻抗图参见图8，从阻抗图上看，本实施例PEO-LiClO4-25wt.％ZrO2固态电解质膜的室温电阻为90ohms，其室温电导率为2.17*10-4S·cm-1，显著高于目前常见的锂离子电池使用的固态电解质室温锂离子-6 -1电导率为10 S·cm 的指标。相比普通复合材料的掺杂相，本实施例聚合物基质的固体电解质使无机陶瓷颗粒在有机高分子电解质固化成膜中由无序分布转变为有序分布，制备出高电导率电解质薄膜，本实施例可使固态电池在室温下应用，同时抑制锂枝晶，提高锂离子电池安全性能。本实施例利用高电压使无机陶瓷颗粒在有机高分子电解质固化成膜过程中发生极化，由无序分布转变为有序分布，制备出高电导率电解质薄膜，本实施例制备的固态电池能在室温下应用，同时抑制锂枝晶，提高锂离子电池安全性能。本实施例提供的方法简单易行、成本低廉、适用于可大规模制造的应用。
[0079] 实施例七：
[0080] 本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
[0081] 在本实施例中，采用与实施例二相同的方法制备PAN-LiTFSI-20wt.％LLZTO固态电解质。实施固体电解质材料作为固态锂离子电池电解质材料中的应用。
[0082] 在手套箱中制成锂离子电池，以LiFePO4为活性材料，与导电剂活性炭(Super P)、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)在氮甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中均匀混合，活性材料、活性炭(Super P)和粘结剂的质量比分别为80:10:10，然后在铝箔上涂覆压片，制得正极。以金属锂片为负极，PAN-LiTFSI-20wt.％LLZTO为电解质，组装成CR2032型纽扣锂电池。进行充放电测试，其充放电曲线如图9所示。从图9可知，固态电池容量为130mAhg-1，并且电池极化较小，可以在实际工作中应用。本实施例采用新型固态电解质，可以有效提高锂离子电池在室温下的率性能；本实施例制备的新型固态电解质使组装电池更加容易；本实施例固态电解质适合工业应用，在便携式电子设备和动力电池领域具有广泛的应用前景。
[0083] 综上所述，本发明上述实施例固态电解质包含有机高分子，锂盐和无机陶瓷颗粒，本发明上述实施例利用高电压使无机陶瓷颗粒在有机高分子电解质固化成膜过程中发生极化，由无序分布转变为有序分布，制备出高电导率电解质薄膜。本发明上述实施例可使固态电池在室温下应用，同时抑制锂枝晶，提高锂离子电池安全性能，应用于锂离子二次电池可用于手持式电子设备，如手机，笔记本电脑，充电宝等，以及应用于电动汽车等设备。
[0084] 上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质及其制备方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
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