具有稳定梯度分布结构的复合电解质及电池与制备方法

技术特征：
1.具有稳定梯度分布结构的复合电解质的制备方法，其特征在于，其包括：步骤一：制备pda修饰的聚合物纺丝纤维膜，其包括：将聚合物纤维基体与溶剂混合，得到纺丝原液；将所述纺丝原液通过静电纺丝得到静电纺丝纤维膜；将所述静电纺丝纤维膜浸渍于聚多巴胺溶液中，静置反应后，得到所述pda修饰的聚合物纺丝纤维膜，其中，聚多巴胺在膜内的质量占比为0.1～0.3mg cm-2
；步骤二：制备电解质前驱体溶液，其包括：向原位聚合前体、锂盐和引发剂中加入有机溶剂，得到基础混合液，所述引发剂和原位聚合前体以及锂盐的质量比为1：60～100：30～60；向所述基础混合液中加入无机陶瓷填料，混合后得到电解质前驱体溶液，其中，所述无机陶瓷填料和所述原位聚合前体的质量比为1：5～30；步骤三：制备复合电解质材料，其包括：向所述pda修饰的聚合物纺丝纤维膜上滴入所述电解质前驱体溶液，静置得到预聚膜；将所述预聚膜在65～85℃的条件下加热，得到所述具有稳定梯度分布结构的复合电解质。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚多巴胺溶液的获得包括：将多巴胺加入可溶性溶剂中，调节所得溶液的ph为8.5，使多巴胺在室温下氧化自聚合成聚多巴胺，得到所述聚多巴胺溶液。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，其中，所述可溶性溶剂选自乙醇、乙二醇、去离子水、丙酮、正丁醇、异丙醇中的一种或多种；和/或，所述多巴胺与所述可溶性溶剂的质量比为1：100～300；和/或，所述原位聚合前体与所述有机溶剂的质量比为1：5～15。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，其中，所述聚合物纤维基体选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈、聚酰亚胺、尼龙、不溶于锂离子电池电解液的纤维素材料中的一种或多种；和/或，所述纺丝原液的溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺、丙酮、四氢呋喃、n-甲基吡咯烷酮、乙腈、乙醇、乙二醇中的一种或多种；和/或，所述原位聚合前体选自聚(乙二醇)二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲醚、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、1,3-二氧戊环中的一种或多种；和/或，所述锂盐选自四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或多种；和/或，所述引发剂选自偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化二苯甲酰胺、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂中的任一种；和/或，所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯中的一种或多种；和/或，所述无机陶瓷填料可以选自li
0.34
la
0.567
tio3、li7la3zr2o
12
、li
6.4
la3zr
1.4
ta
0.6
o
12
、li
1.3
al
0.3
ti
1.7
(po4)3、li
1.5
al
0.5
ge
1.5
p3o
12
中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，其中，所述纺丝原液的浓度为5～20wt％；和/或，所述静电纺丝纤维膜厚度为80～140μm；和/或，所述静置反应包括：将所述静电纺丝纤维膜浸渍于所述聚多巴胺溶液中，室温下放置2～5天，其后洗涤并于60～80℃干燥18～24小时；和/或，所述预聚膜在65～85℃的条件下真空加热2～4小时，得到所述具有稳定梯度分布结构的复合电解质。6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法制备得到的具有稳定梯度分布结构的复合电解质。
7.含有权利要求1-5中任一项所述的制备方法制备得到的具有稳定梯度分布结构的复合电解质的固态电池。8.根据权利要求7所述的固态电池的制备方法，其特征在于，其包括：将所述pda修饰的聚合物纺丝纤维膜上滴入20～40μl所述电解质前驱体溶液，静置20～30min得到预聚膜；将所述预聚膜在65～85℃的条件下真空加热2～4小时，得到所述具有稳定梯度分布结构的复合电解质膜；将所述复合电解质膜组装成全电池，其中，复合电解质膜的顶部即其无机陶瓷填料浓度较高一侧与电池负极接触，较低一侧与电池正极接触，得到所述固态电池。9.根据权利要求7所述的固态电池的制备方法，其特征在于，其包括：将所述pda修饰的聚合物纺丝纤维膜叠加在电池正极上，向该纤维膜上滴入20～40μl所述电解质前驱体溶液，其后将电池负极置于最上层，密封得到电池前驱体；将所述电池前驱体在65～85℃的条件下真空加热2～4小时，得到所述固态电池。10.根据权利要求8或9所述的固态电池的制备方法，其特征在于，其中，所述电池负极为金属锂材料，电池正极为lifepo4材料。

技术总结
本发明公开了一种具有稳定梯度分布结构的复合电解质及电池与制备方法。所述制备方法包括：获得PDA修饰的聚合物纺丝纤维膜；获得含有无机陶瓷填料、原位聚合前体、锂盐和引发剂的电解质前驱体溶液；向所述PDA修饰的聚合物纺丝纤维膜上滴加所述电解质前驱体溶液，将所得预聚膜加热聚合，得到所述复合电解质。本发明为固态电解质界面调控和优化提供了新的技术手段，所得材料通过原位聚合体与含量呈梯度分布的无机填料可同时改善正负极界面兼容性，有效提升电池的循环稳定性和倍率性能。有效提升电池的循环稳定性和倍率性能。有效提升电池的循环稳定性和倍率性能。


技术研发人员：王家钧 李梦璐 娄帅锋 安汉文
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2022.08.24
技术公布日：2022/12/5