[發(fā)明專利]固態(tài)電解質(zhì)及其鋰電池、鋰電池電芯及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711372453.7
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN109935900B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張曉琨;朱焱麟
• 申請（專利權(quán)）人: 成都大超科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳市智享知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44361
• 代理人: 王琴

本發(fā)明涉及鋰電池領(lǐng)域，特別涉及固態(tài)電解質(zhì)及具有該固態(tài)電解質(zhì)的鋰電池電芯、鋰電池，所述固態(tài)電解質(zhì)包括所述固態(tài)電解質(zhì)包括BF₄^?陰離子基團(tuán)與LiM⁺陽離子基團(tuán)，其中，M包括Ge或Sn。具體地，所述LiM⁺為含Ge或Sn與Li結(jié)合而形成玻璃態(tài)物質(zhì)。所述LiM⁺形成的玻璃態(tài)物質(zhì)對Li⁺的束縛較弱，因此鋰離子易遷移，并且LiM⁺可形成較穩(wěn)定陽離子骨架結(jié)構(gòu)，在陰離子基團(tuán)BF₄^?也非常穩(wěn)定的情況下，該電解質(zhì)具有較高的電化學(xué)窗口。具有固態(tài)電解質(zhì)的鋰電池電芯及鋰電池，也具有較高的機(jī)械或電學(xué)性能。所述鋰電池電芯的制備方法，可實(shí)現(xiàn)以蒸發(fā)或磁控濺射的方式在正極層和/或負(fù)極層的表面形成上述固態(tài)電解質(zhì)層。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及鋰電池領(lǐng)域，特別涉及一種固態(tài)電解質(zhì)及其鋰電池、鋰電池電芯及其制備方法。

【背景技術(shù)】

相對于傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)來說，全固態(tài)電解質(zhì)具有機(jī)械強(qiáng)度大、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。然而現(xiàn)有的固態(tài)電解質(zhì)體系除了硫化物以外，鋰離子電導(dǎo)率均較低，一般室溫下離子電導(dǎo)率均小于10^-3S/cm，因此，硫化物固體電解質(zhì)材料一直以來都是人們研究的熱點(diǎn)。然而硫化物固態(tài)電解質(zhì)對水、空氣非常敏感，且現(xiàn)有技術(shù)中固態(tài)電解質(zhì)材料與正、負(fù)極材料接觸后均存在較大的界面電阻，導(dǎo)致循環(huán)壽命較短。

現(xiàn)有固態(tài)電解質(zhì)的機(jī)械性能較差，且離子電導(dǎo)率、鋰離子遷移數(shù)角度，難以滿足高性能鋰電池對固態(tài)鋰離子電解質(zhì)的性能要求。因此，亟待提供一種高性能的硫化物固態(tài)電解質(zhì)的技術(shù)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

為克服現(xiàn)有固態(tài)電解質(zhì)性能不佳的問題，本發(fā)明提供了一種固態(tài)電解質(zhì)及其鋰電池電芯、鋰電池，鋰電池電芯的制備方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提供一技術(shù)方案如下：一種固態(tài)電解質(zhì)，其包括BF₄^-陰離子基團(tuán)與LiM⁺陽離子基團(tuán)結(jié)合而形成玻璃態(tài)的固態(tài)電解質(zhì)，所述LiM⁺陽離子基團(tuán)包括含Ge或Sn與Li結(jié)合而形成的陽離子骨架結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述固態(tài)電解質(zhì)包括玻璃態(tài)的LiGe₂(BF₄)₉或LiSn₂(BF₄)₉。

優(yōu)選地，所述固態(tài)電解質(zhì)包括玻璃態(tài)的LiGe₂(BF₄)₉與LiSn₂(BF₄)₉，其中，LiGe₂(BF₄)₉與LiSn₂(BF₄)₉之間的比例為(1-6):1。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提供又一技術(shù)方案如下：一種鋰電池電芯，其具有如上所述固態(tài)電解質(zhì)。

優(yōu)選地，所述固態(tài)電解質(zhì)的厚度為200nm-20μm。

優(yōu)選地，所述鋰電池電芯包括正極層，所述固態(tài)電解質(zhì)形成于所述正極層的一面，所述固態(tài)電解質(zhì)遠(yuǎn)離所述正極層的一面上設(shè)置負(fù)極層；所述正極層包括柱狀晶體正極材料，所述負(fù)極層包括金屬鋰或鋰硅碳復(fù)合負(fù)極。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提供又一技術(shù)方案如下：一種鋰電池，其包括至少兩個(gè)連續(xù)疊層設(shè)置如上所述鋰電池電芯，直接疊加設(shè)置的至少兩個(gè)鋰電池電芯之間共用一正負(fù)共極集流體，該正負(fù)共極集流體包括兩個(gè)相對的主表面，其中一個(gè)主表面上形成所述正極層，以作為其中一鋰電池電芯的正極結(jié)構(gòu)，另一主表面上形成負(fù)極層，以作為另一鋰電池電芯的負(fù)極結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，共用一正負(fù)共極集流體的兩個(gè)鋰電池電芯之間為串聯(lián)連接。