专利示意图

一、技术领域

电池技术领域

二、专利介绍

1.专利信息

专利类型：发明

专利权人：清华大学深圳国际研究生院

申请号：202311673983.0

发明人：贺艳兵、安旭飞、柳明、刘杨、杨科、米金硕、陈立坤、张丹丰、李宇航、郭少柯、马岳韬、王翠翠、康飞宇

2.专利说明书摘要

本发明公开了一种复合固态电解质与介电填料诱导相转变和混合相界面方法，其中复合固态电解质的制备方法包括以下步骤：W1：将介电填料加入到含有微量溶剂二甲基甲酰胺的研磨容器中，研磨后得到白色悬浊液；W2：使用二甲基甲酰胺将聚偏氟乙烯和双氟磺酰亚胺锂盐溶解，搅拌2~6 h，得到均匀的透明溶液；W3：将步骤W1得到的白色悬浊液加入到均匀的透明溶液中，搅拌6~12 h，得到均匀的前驱体溶液A；W4：将前驱体溶液A倒入玻璃器皿中，随后在干燥装置中干燥20~24 h，得到复合固态电解质。本发明提出方法可提高复合固态电解质的离子电导率，实现高离子输运通量，且抑制锂枝晶的生长实现固态电池高面容量运行。

3.创新点

（1）本发明涉及一种无机陶瓷填料（铌酸钠，NaNbO3）提升复合固态电解质界面稳定性和室温离子电导率的方法，其特征在于：无机填料在循环过程中参与构建混合相的固态电解质界面，并诱导聚合物基体发生相转变促进锂盐解离提高室温离子电导率；

（2）制备的复合固态电解质可与电极在界面处原位生成锂钠混合的氟化界面层，实现高离子输运通量，匹配高面容量高镍三元正极材料；

（3）无机陶瓷填料，是一种铁电陶瓷，表面含有丰富的羟基可诱导聚合物基体发生相转变，生成大量高极性全反式结构的PVDF，促进锂盐解离提升复合固态电解质的离子电导率并均一化锂沉积，实现大容量锂沉积和剥离；

（4）本发明中涉及一种高界面稳定性和高离子电导率的复合固态电解质，匹配高镍三元NCM811正极和锂金属负极组装固态电池，室温2 C倍率下可稳定循环2200圈，容量保持率60%，且匹配高负载正极10 mg cm-2 可稳定运行150圈，极具实用化前景；

（5）本发明涉及的无机陶瓷填料及复合固态电解质制备方法简单高效，有助于降低生产成本。

4.痛点问题

（1）本发明涉及的无机填料解决了固态电解质与电极界面稳定性差的问题；

（2）本发明涉及的无机填料解决了固态电解质中锂盐解离困难，离子电导率低的问题；（3）本发明涉及的无机填料解决了固态电解质高面容量下性能差的问题。

5.技术优势

（1）本发明涉及的无机填料兼具诱导混合界面和诱导聚偏氟乙烯（PVDF）相转变功能,该独特特性与现有陶瓷不同，可同时起到稳定界面和增强离子离子传输的作用；

（2）本发明涉及的无机填料陶瓷颗粒能够与聚合物电解质复合起到提高复合电解质体介电性能的作用；

（3）本发明涉及的复合固态电解质相比现有聚合物固态电解质具有高介电常数、高锂盐解离程度和高离子电导率的优势；

（4）本发明涉及的复合固态电解质可与电极原位反应生成具有富有氟化锂和氟化钠的高杨氏模量固态电解质层（SEI）,加快界面处的离子传输，抑制锂枝晶的生长，实现固态电池高容量运行；

（5）本发明涉及的复合固态电解质及构建SEI生产方式简单，大幅降低生产成本。并且固态电解质性能大幅提升，具有明显的技术和成本优势。

三、产业化信息

1.应用场景

用于制备高性能电极材料和高离子电导率的复合固态电解质，实现固态电池高面容量下的运行。有望应用于锂电池制造厂商，新能源汽车行业，手机等消费电子行业等。

2.商业价值

此项技术拥有巨大的商业前景，对于锂电池制造厂商，新能源汽车行业，手机等消费电子行业等有以下市场价值：

（1）本发明涉及的固态电解质与常规固态电解质的制备方法相同，成本相似的前提下具有更高的介电常数、离子电导率、高的机械强度；

（2）本发明涉及的无机填料 NaNbO3制备方法简单，特性明显；

（3）本发明涉及的复合固态电解质能同时解决电解质锂盐解离困难，离子电导率低和界面处动力学性能差的问题，从而实现电池大面容量稳定运行。常规的复合电解质不能同时兼顾离子电导率、界面稳定等问题；

（4）高性能的固态电池可解决常规采用电解液的电池引发的着火爆炸等安全问题，具有极大的研究价值和应用前景。

3.发展规划

（1）该技术未来可应用至固态电池制备产业，实现高性能固态电池国产化，快速提高我国在新能源领域的研发和生产水平；

（2）该技术未来可应用至电池和电动汽车领域，降低电动车及电子产品的自燃风险。

4.合作方式

面议

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