[發(fā)明專利]一種鋰電池固體電解質(zhì)膜及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610214376.1
• 申請(qǐng)日: 2016-04-07
• 公開（公告）號(hào): CN107275673B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳嬌楊;凌仕剛;李泓;陳立泉;許曉雄;黃禎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院物理研究所;中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號(hào): H01M10/0562
• 分類號(hào): H01M10/0562;H01M10/052
• 代理公司: 北京億騰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11309
• 代理人: 陳霽

本發(fā)明涉及一種鋰電池固體電解質(zhì)膜及其制備方法，該方法包括在具有空隙的聚合物膜的貼負(fù)極側(cè)涂覆離子導(dǎo)電顆粒，貼正極側(cè)涂覆離子導(dǎo)電顆粒或非離子導(dǎo)電顆粒，制備得到基礎(chǔ)膜；裝配鋰電池，基礎(chǔ)膜用作鋰電池的隔膜；在鋰電池充放電過程中，負(fù)極側(cè)的液體電解質(zhì)在基礎(chǔ)膜的空隙中轉(zhuǎn)化為固體電解質(zhì)，生成固體電解質(zhì)膜。該制備方法是一種原位生成固體電解質(zhì)膜的方法，該方法步驟簡(jiǎn)單，可以兼容現(xiàn)有的電池制造工藝，進(jìn)一步降低了固體金屬鋰電池的生產(chǎn)成本；該方法制備的固體電解質(zhì)膜可以有效的抑制了鋰枝晶的生長(zhǎng)以及抑制鋰枝晶對(duì)隔膜的刺穿，減少了金屬鋰與電解液之間進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)，可有效的保護(hù)金屬鋰電極。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)和新能源材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰電池固體電解質(zhì)膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

目前，鋰離子電池是商用電池中能量密度最高的電池，被廣泛應(yīng)用與各種小型電子產(chǎn)品以及電動(dòng)汽車等。近年來，快速發(fā)展的電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能行業(yè)對(duì)鋰離子電池壽命和倍率提出了更高的要求。

但是金屬鋰作為負(fù)極存在著嚴(yán)重的鋰枝晶問題，枝晶的生長(zhǎng)刺穿隔膜導(dǎo)致電池最終的短路。另外，現(xiàn)有技術(shù)中，雖然LiPON固體鋰離子電解質(zhì)薄膜具有良好的離子電導(dǎo)率、優(yōu)良的電化學(xué)穩(wěn)定性，而且減少了金屬鋰與電解液的進(jìn)一步化學(xué)反應(yīng)，對(duì)鋰電極的保護(hù)具有明顯的效果，但是LiPON膜是非原位生成的電解質(zhì)膜，導(dǎo)致LiPON膜與正負(fù)極之間存在較大的界面電阻。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明針對(duì)上述問題，提供了一種鋰電池固體電解質(zhì)膜及其制備方法和應(yīng)用。

第一方面，本發(fā)明提供了一種鋰電池固體電解質(zhì)膜及其制備方法。

所述方法包括在具有空隙的聚合物膜的貼負(fù)極側(cè)涂覆離子導(dǎo)電顆粒，貼正極側(cè)涂覆離子導(dǎo)電顆粒或非離子導(dǎo)電顆粒，制備得到基礎(chǔ)膜；

裝配所述鋰電池，所述基礎(chǔ)膜用作所述鋰電池的隔膜；

在所述鋰電池充放電過程中，負(fù)極側(cè)的液體電解質(zhì)在所述基礎(chǔ)膜的空隙中轉(zhuǎn)化為固體電解質(zhì)，生成所述固體電解質(zhì)膜。

優(yōu)選地，所述鋰電池充放電為所述鋰電池25-150℃恒電流充放電。

第二方面本發(fā)明提供了一種根據(jù)上述方法制備的固體電解質(zhì)膜，所述固體電解質(zhì)膜由基礎(chǔ)膜和填充到所述基礎(chǔ)膜的空隙中的固體電解質(zhì)構(gòu)成；其中，所述固體電解質(zhì)由液體電解質(zhì)轉(zhuǎn)化形成。

優(yōu)選地，所述基礎(chǔ)膜由聚合物膜、離子導(dǎo)電顆粒和非離子導(dǎo)電顆粒構(gòu)成；其中，所述聚合物膜貼負(fù)極側(cè)涂覆所述離子導(dǎo)電顆粒，貼正極側(cè)涂覆所述離子導(dǎo)電顆粒或所述非離子導(dǎo)電顆粒；所述基礎(chǔ)膜厚度為1-50μm，孔隙率為4-70％。

優(yōu)選地，所述聚合物膜為聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚碳酸酯、聚芳綸、纖維素中的任意一種；所述聚合物膜的厚度為0.6-30μm，孔隙率為5％-80％。

優(yōu)選地，所述離子導(dǎo)電顆粒為L(zhǎng)i_1+xAl_xGe_2-x(PO₄)₃、Li_3yLa_2/3-yTiO₃、LiZr_2-zTi_z(PO₄)₃、Li_1+mAl_mTi_2-m(PO₄)₃、Li_4-nGe_1-nP_nS₄中的一種或多種；其中，0≤x≤2、0≤y≤2/3、0≤z≤2、0≤m≤2、0≤n≤1；所述離子導(dǎo)電顆粒的平均粒徑為10-1000nm；所述基礎(chǔ)膜的所述離子導(dǎo)電顆粒涂層厚度為0.2-10μm。