固态电解质浆料及制备方法、隔膜、锂电池

技术领域

本发明属于锂电池制造技术领域，具体涉及一种固态电解质浆料及制备方法、隔膜、锂电池。

背景技术

随着二十世纪微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，锂电池大量应用在手机、笔记本电脑、电动工具、电动车、路灯备用电源、航灯、家用小电器上。随着锂电池在小型化便携设备中的应用越来越广泛，锂电池的安全性问题也越来越引起人们的重视。

目前传统的锂离子电池使用的是有机液体电解质，易泄漏、易挥发、易燃、安全性差等问题使有机液体电解质的稳定性较差，使锂电池的安全性问题尤为显著；当碰到外力摔打时，极易引起爆炸。尤其现如今很多手机、手提电脑等便携式电子产品，所用的电池都是锂电池，因此锂电池的安全性问题更加受到人们的关注。

发明内容

本发明提供了一种固态电解质浆料及制备方法、隔膜、锂电池。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种固态电解质浆料的制备方法，包括以下步骤：制备复合有机溶剂；制备固态电解质浆料，即将无机固态电解质粉末、有机硅表面活性剂、粘结剂加入到复合有机溶剂中进行搅拌。

第二方面，本发明还提供了一种固态电解质浆料，包括以下原料：无机固态电解质、有机硅表面活性剂、粘结剂和有机溶剂；其中所述无机固态电解质为LiT

第三方面，本发明还提供了一种固态电解质隔膜的制备方法，包括以下步骤：浆料涂覆，将如前所述的固态电解质浆料涂覆到多孔隔离膜上；烘干收卷，将涂覆有固态电解质浆料的多孔隔离膜烘干后进行收卷。

第四方面，本发明还提供了一种固态电解质隔膜，包括：单面或双面涂覆有如前所述的固态电解质浆料的多孔隔离膜；所述固态电解质隔膜的厚度为1～50μm；所述固态电解质隔膜的孔隙率为25～90％。

第五方面，本发明还提供了一种锂电池，包括：隔膜；所述隔膜适于采用如前所述的固态电解质隔膜。

本发明的有益效果是，本发明提供的固态电解质浆料采用有机硅表面活性剂，提高了固态电解质在复合有机溶剂中的溶解效率；同时还增加了固态电解质与多孔隔离膜以及锂电池电极材料的结合力；采用复合有机溶剂作为固态电解质浆料制备的溶剂，不仅降低了浆料涂覆于多孔隔离膜后的溶剂残留，还避免了水的加入，减少了锂电池中有水参加的副反应的发生，进一步提高了使用该隔膜制得的锂电池的安全性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的固态电解质浆料单面涂覆的隔膜的结构示意图；

图2是本发明的固态电解质浆料双面涂覆的隔膜的结构示意图。

图中：

1-多孔隔离膜；2-固态电解质浆料。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了提高锂电池的安全性，本发明提供了一种固态电解质浆料的制备方法，包括以下步骤：制备复合有机溶剂；制备固态电解质浆料，即将无机固态电解质粉末、有机硅表面活性剂、粘结剂一起加入到复合有机溶剂中进行搅拌。

其中，所述复合有机溶剂中为丙酮、NMP、DMAc的组合物；且丙酮、NMP、DMAc的重量比为1:2:3。

可选的，所述有机硅表面活性剂可以但不限于为聚二甲基硅氧烷。

具体的，有机硅表面活性剂的加入，增加了固态电解质表面的有机官能团，提高了固态电解质在复合有机溶剂中的溶解效率。

其中，所述固态电解质为LiT

可选的，所述LATP的粒径分布D50可以但不限于为0.3μm、0.8μm、1.9μm、2.7μm、3.8μm、4.6μm，优选的可以为0.5μm、0.9μm、1.4μm、1.7μm、2.0μm。

可选的，所述粘结剂可以但不限于为PVDF粘结剂。

可选的，所述固态电解质浆料包括以下质量份的各组分：无机固态电解质为1份；有机硅表面活性剂0.05～0.15份；粘结剂0.02～0.05份；复合有机溶剂1.0～8.0份。

可选的，有机硅表面活性剂可以但不限于为0.05份、0.08份、0.10份、0.15份；粘结剂可以但不限于为0.02份、0.03份、0.04份、0.05份；复合有机溶剂可以但不限于为1.0份、3.0份、5.0份、6.8份、8.0份。

进一步，本发明还提供了一种固态电解质浆料，包括以下原料：无机固态电解质、有机硅表面活性剂、粘结剂和有机溶剂；其中所述无机固态电解质为LATP，即LiT

本发明的固态电解质浆料的制备方法，通过使用有机硅表面活性剂在固态电解质与复合有机溶剂之间架起界面相容的“桥梁”，提高了将固态电解质溶解于有机溶剂的效率以及固态电解质与多孔隔离膜之间的结合力；同时通过将丙酮、NMP、DMAc一起组合成复合有机溶剂，不仅提高了对固态电解质的溶解效率，同时还降低了将制得的固态电解质浆料涂覆于多孔隔离膜后的溶剂残留率，进一步提高了锂电池的安全性。

进一步，为了提高锂电池的安全性，减少有机电解液的使用，本发明还提供了一种固态电解质隔膜的制备方法，包括以下步骤：浆料涂覆，将如前所述的固态电解质浆料涂覆到多孔隔离膜上；烘干收卷，将涂覆有固态电解质浆料的多孔隔离膜烘干后进行收卷。

可选的，所述多孔隔离膜可以但不限于为PP、PE、PET及其复合膜；所述多孔隔离膜的孔径分布D50为20～80nm，可以但不限于为26nm、42nm、58nm、71nm、80nm。

可选的，所述涂覆方式可以但不限于为凹版涂覆、线棒涂覆；所述浆料涂覆包括单面涂覆、双面涂覆，且涂层的厚度为0.2～20μm，其中涂层的厚度可以但不限于为0.3μm、0.7μm、1.3μm、3.5μm、8μm、13μm、19μm。

进一步，如图1和图2所示，本发明还提供了一种固态电解质隔膜，包括：单面或双面涂覆有如前所述的固态电解质浆料2的多孔隔离膜1；所述固态电解质隔膜的厚度为1～50μm；所述固态电解质隔膜的孔隙率为25～90％。

可选的，所述固态电解质隔膜的厚度可以但不限于为1μm、5μm、8μm、12μm、18μm、30μm、45μm、50μm；所述固态电解质隔膜的孔隙率可以但不限于为25％、32％、40％、48％、55％、68％、77％、85％、90％。

本发明的固态电解质隔膜及其制备方法，通过在多孔隔离膜上进行单面或双面涂覆如前所述的固态电解质浆料，在有机硅表面活性剂的作用下增加了固态电解质与多孔隔离膜之间的结合力，避免了固态电解质涂覆后脱粉现象的发生；复合有机溶剂的使用，使制得的固态电解质隔膜在烘干后具有较低的有机溶剂残留率，进一步提高了使用该种隔膜制得锂电池的安全性。

进一步，本发明还提供了一种锂电池，包括：隔膜；所述隔膜适于采用如前所述的固态电解质隔膜。

实施例1

(1)制备复合有机溶剂

将0.5kg丙酮、1.0kgNMP、1.5kgDMAc进行混合搅拌均匀后，制得复合有机溶剂。

(2)制备固态电解质浆料

将3kg LiTi

(3)浆料涂覆

将(2)中制得的固态电解质浆料采用凹版涂覆的方式涂覆到厚度为9μm的PE多孔隔离膜的上、下表面，且各表面的涂层厚度均为3μm。

(4)烘干收卷

将(3)多孔隔离膜烘干后进行收卷。

实施例2

(1)制备复合有机溶剂

将4.0kg丙酮、8.0kgNMP、12.0kgDMAc进行混合搅拌均匀后，制得复合有机溶剂。

(2)制备固态电解质浆料

将3kg LiCr

(3)浆料涂覆

将(2)中制得的固态电解质浆料采用凹版涂覆的方式涂覆到厚度为0.6μm的PE多孔隔离膜的上、下表面，且各表面的涂层厚度均为0.2μm。

(4)烘干收卷

将(3)多孔隔离膜烘干后进行收卷。

实施例3

(1)制备复合有机溶剂

将3.0kg丙酮、6.0kgNMP、9.0kgDMAc进行混合搅拌均匀后，制得复合有机溶剂。

(2)制备固态电解质浆料

将30kg LiZr

(3)浆料涂覆

将(2)中制得的固态电解质浆料采用凹版涂覆的方式涂覆到厚度为10μm的PE多孔隔离膜的上、下表面，且各表面的涂层厚度均为20μm。

(4)烘干收卷

将(3)多孔隔离膜烘干后进行收卷。

对比例1

(1)制备固态电解质浆料

将3kg LiTi

(2)浆料涂覆

将(1)中制得的固态电解质浆料采用凹版涂覆的方式涂覆到厚度为9μm的PE多孔隔离膜的上、下表面，且各表面的涂层厚度均为3μm。

(3)烘干收卷

将(2)多孔隔离膜烘干后进行收卷。

对比例2

(1)制备固态电解质浆料

将3kg LiCr

(2)浆料涂覆

将(1)中制得的固态电解质浆料采用凹版涂覆的方式涂覆到厚度为0.6μm的PE多孔隔离膜的上、下表面，且各表面的涂层厚度均为0.2μm。

(3)烘干收卷

将(2)多孔隔离膜烘干后进行收卷。

对比例3

(1)制备固态电解质浆料

将30kg LiZr

(2)浆料涂覆

将(1)中制得的固态电解质浆料采用凹版涂覆的方式涂覆到厚度为10μm的PE多孔隔离膜的上、下表面，且各表面的涂层厚度均为20μm。

(3)烘干收卷

将(2)多孔隔离膜烘干后进行收卷。

本部分对实施例1至实施例3以及对比例1至对比例3中制备的固态电解质隔膜进行相关性能测试，结果如表1所示。

表1固态电解质隔膜的性能测试结果汇总表

其中，表1中Gurley值是按照JIS P8117中规定测得的。

通过表1中的数据可以看出，采用本发明的混合有机溶剂制得的固态电解质浆料涂覆于多孔隔离膜的表面后，制得的固态电解质隔膜具有良好的透气性，且有机溶剂的残留率较低，将该固态电解质隔膜用于锂电池的制备，提高了锂电池的安全性。

综上所述，本发明中采用复合有机溶剂作为固态电解质浆料制备的溶剂，解决了使用单一有机溶剂时较难溶解以及挥发性低的问题，不仅降低了浆料涂覆于多孔隔离膜后的有机溶剂残留，同时还避免了水的加入，进一步提高了使用该隔膜制得的锂电池的安全性；本发明提供的固态电解质浆料采用有机硅表面活性剂，使固态电解质的表面有机化，提高了其在复合有机溶剂中的溶解效率；同时还增加了固态电解质与多孔隔离膜以及锂电池电极材料的结合力；将固态电解质浆料涂覆于多孔隔离膜上制得锂电池隔膜，使隔膜与高电导率固态电解质形成一体化膜，避免了固态电解质单独使用时的脆性问题，在制备锂电池的过程中方便组装；将该隔膜用于制备锂电池，由于固态电解质浆料与多孔隔离膜之间的强结合力，减小了固态电解质与多孔隔离膜之间的间隙，降低了锂电池的内阻，降低了锂电池发热现象的产生，避免了起火等安全隐患。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述装置的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。