一种冠状结构固态电解质及其制备方法与流程

技术特征：
1.一种冠状结构固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将固态电解质粉末置于
‑
0.1mpa真空气氛炉中恒温区，通入惰性气体，温度升至500～1200℃时，通入气体切换为碳氢混合气，保持恒温生长0.1～1.5h，之后通入气体再切换为惰性气体，自然冷却至室温取出，得到表面长有碳纳米片或碳纳米管或碳纳米洋葱的固体物a；(2)将步骤(1)所得的固体物a分散于由超细固态电解质粉末和表面活性剂为溶质的去离子水悬浊液a中，超声1～2h，然后搅拌0.5～2h，得到悬浊液b；(3)去除悬浊液b中的去离子水得到固体残余物，置于恒温干燥器内80～120℃恒温干燥1～2h，得到固体物b；(4)将步骤(3)得到的固体物b置于高温炉中，在空气气氛或惰性气体以5～20℃/min升温至600～1200℃恒温烧结2
‑
8h，停止加热自然冷却至室温，得到固体物c，即冠状结构固态电解质。2.根据权利要求1所述的一种冠状结构固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中所述的固态电解质为硫化物固态电解质，步骤(4)中在惰性气体内烧结，所述硫化物固态电解质为li
10
gep2s
12
(lgps)、li
10
snp2s
12
、li6ps5cl或li
9.6
p3s
12
中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种冠状结构固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中所述的固态电解质为石榴石型固态电解质、钙钛矿型固态电解质、nascion型固态电解质或卤化物固态电解质及其衍生材料中的一种或多种混合，步骤(4)中在空气气氛或惰性气体内烧结。4.根据权利要求3所述的一种冠状结构固态电解质的制备方法，其特征在于，所述石榴石型固态电解质为li7la3zr2o
12
、li7‑
x
la3zr2o
12
‑
x
、li7‑
x
la3zr2‑
x
nb
x
o
12
、li7‑
x
la3zr2‑
x
ta
x
o
12
中的一种或多种，其中x＝0.2～0.8；所述钙钛矿型固态电解质为li
3y
la
2/3
‑
y
tio3、li
3/8
sr
7/16
ta
3/4
zr
1/4
o3或li
3/8
sr
7/16
ta
3/4
hf
1/4
o3中的一种或多种，其中y＝0.1～0.15；所述nasicon型固态电解质为lim(po4)3，其中m选自na

、nb
5
、ta
5
、ti
4
、ge
4
、zr
4
、sn
4
、nb
4
、hf
4
、al
3
、cr
3
、ga
3
、fe
3
、sc
3
、in
3
、y
3
、la
3
、mg
2
、zn
2
、cu
2
、co
2
、mn
2
、fe
2
中的一种或多种；所述卤化物固态电解质为li3ox或li3mx6中的一种，其中x为f、cl、br或i，m为y、in、mg、si或zr。5.根据权利要求1所述的一种冠状结构固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述固态电解质粉末平均粒径为50nm～10um，室温离子电导率为10
‑3～10
‑5s/cm；步骤(2)中所述超细固态电解质粉末平均粒径为5～100nm。6.根据权利要求1所述的一种冠状结构固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(4)中所述惰性气体为氩气、高纯氮气、氦气或氡气的一种或两种，所述惰性气体的流速为300～1500sccm；所述碳氢混合气的气体流速为50～500sccm，其中碳源气体为甲烷、乙烯、乙炔、天然气或水煤气的一种或两种混合气体，碳源气体与氢气的体积流量比为1：(1～20)。7.根据权利要求1所述的一种冠状结构固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述超细固态电解质粉末、所述表面活性剂、所述去离子水的质量体积比为1g：(0.01～
0.5)g：(10～100)ml；所述固体物a与所述混悬液a的质量体积比为1g：(10～100)ml。8.根据权利要求1或7所述的一种冠状结构固态电解质的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚二烯丙基二甲基氯化铵或十八烷基二甲基苄基季铵氯化物中的一种。9.根据权利要求1所述的一种冠状结构固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤(3)中采用喷雾干燥法或旋转蒸发法去除去离子水；所述的喷雾干燥法：将混合液置于喷雾干燥器内，70～95℃喷雾干燥至除掉去离子水；所述的旋转蒸发法：将混合液放置于旋转蒸发器内，在气压为
‑
0.01～
‑
0.1mpa、温度为60～95℃旋转蒸发至除掉去离子水。10.一种权利要求1
‑
9所述的方法制得的冠状结构固态电解质，其特征在于，所述冠状结构固态电解质表面凸起高度0.2
‑
1.2μm，凸起间距0.1
‑
5μm。

技术总结
本发明公开了一种冠状结构固态电解质及其制备方法，利用固态电解质表面的冠状凸起结构增大表面粗糙度，降低润湿角，通过加大固态电解质与聚合物过渡层之间的嵌入深度和接触面积，从根本上改变固态电解质与聚合物过渡层的结合方式，提高了固态电解质与电极之间界面的结合紧密性、均匀性和稳定性。本发明的技术路线具有生产成本低、易于规模化生产的优点，所得的冠状结构固态电解质与高分子聚合物或其他有机化合物的浸渍性强、结合紧密性高、两者之间的界面离子/电子迁移速率高、稳定性强，从而显著提高半固态、准固态、全固态电池的使用寿命以及能量/功率密度等。用寿命以及能量/功率密度等。


技术研发人员：李新禄 王雲锴
受保护的技术使用者：重庆锦添翼新能源科技有限公司
技术研发日：2021.08.03
技术公布日：2021/10/18