[發明專利]一種復合固態電解質及其制備方法以及在全固態鋰電池中的應用

有效

• 申請號: 201711314128.5
• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN107834104B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 馮玉川;李崢;何泓材;李帥鵬;楊帆;南策文
• 申請（專利權）人: 清陶（昆山）能源發展有限公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/0565
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種復合固態電解質，其特征在于：其組成包括：聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯或其衍生物、鋰鹽以及無機納米顆粒，其中聚氧化乙烯在電解質中的質量百分比含量為20?80％；聚偏氟乙烯或其衍生物在電解質中的質量百分比含量為5?30％；鋰鹽在電解質中的質量百分比含量為10?40％；無機納米顆粒在電解質中的質量百分比含量為5?60％。優點是：具有較高的室溫離子電導率，較寬電化學窗口和較高的機械性能；提供的復合固態電解質制備方法，可有效規避LATP，LLTO，LGPS等與負極的接觸，避免了Ti⁴⁺以及Ge⁴⁺的氧化還原反應；復合固態電解質具有較高的機械性能和優良的電化學穩定性，組裝的電池具有穩定循環性能以及較高的容量發揮。

技術領域

本發明涉及新能源技術領域，涉及了一種固態電解質，還涉及了一種固態電解質的制備方法，尤其涉及了一種固態電解質在全固態鋰電池中的應用。

背景技術

隨著經濟和技術的發展，綠色能源包括核能、風能、地熱、氫能、太陽能等成為能源領域的新寵。為了收集、使用這些能源，高效儲能器件成為必不可少的工具。鋰離子電池作為一種高效儲能器件，具有比能量高、比功率高、循環壽命長、工作電壓高、無記憶效應、無環境污染等優點，廣泛應用在便攜智能設備，新能源汽車、無人機、大規模儲能電網等領域。

目前商用鋰離子電池普遍以含有鋰鹽LiPF₆的液態有機溶劑作為電解質。由于此類有機溶劑易揮發且易燃燒，導致鋰離子電池存在著火、爆炸等安全隱患。全固態鋰離子電池用固態電解質取代有機電解液和隔膜，具有不揮發、不易燃等優勢。因此，用固態電解質取代液態電解質可以存根本上解決鋰電池的安全問題。采用固態電解質，可以大幅度減輕電池質量，提供電池能量密度；同時，由于固態電解質可以有效抑制鋰枝晶的生長，使得金屬鋰作為負極應用到電池中變得更加明朗。

在全固態電解質材料中，聚合物與鋰鹽混合制備的薄膜可以發揮隔膜和電解液的作用。聚氧化乙烯(PEO)具有柔順性、黏彈性好以與極片具有良好的接觸等優點，成為一種研究廣泛的聚合物電解質材料，然而由于室溫電導率偏低(10^-6～10^-8S/cm)，電化學窗口較窄的缺陷(3.8V vs Li⁺/Li)，且粘度大，加工不便等劣勢，嚴重限制其應用；通過在聚氧化乙烯(PEO)基電解質中引入無機納米顆粒，不僅可以大幅度提高電化學窗口，而且可以提高離子電導率、離子遷移數、并改善其機械性能等，但是獨立成膜性沒有得到有效的解決。而聚偏氟乙烯(PVDF)作為另外一種常見聚合物材料，由于具有良好的成膜性，高的機械性能受到廣泛關注，然而與極片較大的界面阻抗嚴重限制其在固態電池中的應用。因此，需要尋求一種新的技術來解決上述問題。

基于此本發明提供一種聚合物-聚合物-無機納米顆粒復合固態電解質，該復合固態電解質不僅具有較高的電化學窗口(5.0V～5.3V)，而且與正負極片具有較高的兼容性，較穩定且低的界面阻抗。采用本復合固態電解質組裝的全固態鋰金屬電池具有穩定的循環性能和較高的容量發揮。

發明內容

本發明的目的是：針對上述不足，提供一種適用于全固態鋰電池、改善極片與電解質之間的固-固界面兼容性、實現界面鋰離子快速傳輸的高性能復合固態電解質薄膜。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種復合固態電解質，其組成包括：聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯或其衍生物、鋰鹽以及無機納米顆粒，其中聚氧化乙烯在電解質中的質量百分比含量為20-80％；聚偏氟乙烯或其衍生物在電解質中的質量百分比含量為5-30％；鋰鹽在電解質中的質量百分比含量為10-40％；無機納米顆粒在電解質中的質量百分比含量為5-60％。