一种制备固态电解质膜的方法、所述固态电解质膜、电极及电池
一种干法工艺通过对基于PVDF-HFP的复合材料进行同步双轴拉伸,制备出厚度≤10 μm的固态电解质膜,其制备的膜比传统的干式压延方法更薄。
首先,将聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯(PVDF-HFP)与聚乙二醇(PEO)混合,并加入邻苯二甲酸二丁酯(DBP)增塑剂(160°C,35 r/min); 随后加入LLZO(Li₆.₂₅La₃Zr₂Al₀.₂₅O₁₂,石榴石型)和LATP(NASICON型氧化物)颗粒。其次,将混合物进行熔融挤出(90–150°C 区段,400 rpm),经 T 型模头挤出并压延(90°C,50 MPa,15 min),制成 100 μm 的初级薄膜。第三,对薄膜进行双轴拉伸(75°C,350 mm/min,每个方向3倍)和张力热定型(100°C,2 min)。第四,使用超临界 CO2(45°C,20 MPa,4 h)去除 DBP,得到 10 μm 的多孔膜。
将该膜热压覆于 LMO:NCM(7:3)正极上(130°C,60 N/mm),并与石墨负极和聚乙烯隔膜组装成混合液态电解质电池(卷绕式,铝壳)。该电池在 2 C 下的倍率容量保持率为 98.0%,在 3 C 下的倍率容量保持率为 98.7%,经过 1000 次循环(1 C/1 C,25°C)后,循环保持率为 91.6%。该电池在 0.443 mΩ 的放电 DCR 条件下能量为 304.69 Wh,而采用聚合物电解质膜的电池能量为 285.70 Wh,DCR 为 1.256 mΩ。针刺测试证实该电池不会起火(温度升幅 <90°C),而仅使用 PE 隔膜的对比液态电解质电池则会发生热失控(>700°C)。
该研究揭示的更具意义的机遇在于超临界二氧化碳塑化剂萃取所形成的多孔微结构:这种开放的孔隙网络可作为支架,用于后续向缺乏双轴拉伸所需机械延展性的固态电解质材料进行浸渍。这将使机械性能脆弱但离子传导性能优异的电解质能够被整合到厚度小于10微米的膜结构中,而直接加工这些材料则无法实现这一目标。
