[發明專利]一種由膨脹云母固定的鋰電池固態電解質及制備方法

在審

• 申請號: 201810382451.4
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108666615A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 陳慶;曾軍堂
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出一種由膨脹云母固定的鋰電池固態電解質及制備方法，將氫氧化鋰、氧化硅、氧化鋯在600?800℃燒結，然后研磨至納米級的陶瓷粒，將納米陶瓷粒與鋰鹽、聚氧化乙烯分散均勻形成膠質物，然后與膨脹云母混煉，在宏觀膨脹云母的層間膠質物穩定，通過壓延定型，得到固態鋰電池電解質。本發明克服了現有高鎳三元材料受電解液反應溶解的影響的缺點，將含鋰陶瓷和鋰鹽通過聚氧化乙烯和膨脹云母穩定、固定形成固態電解質，不但具有良好的固態穩定性，而且離子電導率優異，離子電導率達到5.8×10^?4S/cm以上，本發明工藝方案中無需昂貴設備及特殊操作，生產周期短，適合大規模工業化推廣。

技術領域

本發明涉及鋰電池材料領域，具體涉及一種由膨脹云母固定的鋰電池固態電解質及制備方法。

背景技術

鋰離子電池由于具有能量密度高、循環壽命長、開路電壓高、無記憶效應、安全無污染等特點，已得到廣泛的應用。目前已商品化的鋰離子電池電解液的主要由溶劑、電解質、添加劑組成，其中溶劑主要有碳酸丙烯酯（PC）、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯（DEC）、甲酯等；電解質則包括六氟磷酸鋰（LiPF₆）、四氟硼酸鋰（LiBF₄）、高氯酸鋰（LiClO₄）、六氟砷酸鋰（LiAsF₆）、三氟甲基硫磺酸（LiCF₃SO₃）等；添加劑主要是阻燃、耐高溫等助劑。

傳統鋰鹽LiPF₆遇水分解，高溫穩定性差，影響電池的安全性能。酯類溶劑易燃，需要阻燃等處理。因此，目前不斷研究新型電解質鋰鹽、功能添加劑，但在解決易燃爆炸方面還存在諸多瓶頸。特別是高鎳三元鋰電池，由于提高鎳含量提高了能量密度，但高鎳三元容量衰減嚴重，特別是高鎳時，具有快速的吸水性，易于在顆粒表面形成LiOH/Li₂CO₃等雜質，導致容量下降，LiOH會與電解液中的 LiPF₆反應，加速 HF 的形成，腐蝕材料的結構，與電解液產生界面膜。尤其在循環過程中，材料會被電解液腐蝕，造成金屬離子溶解，界面阻抗增加，結構穩定性降低，從而導致材料的循環性能變差影響使用。

為此，固態電解質是解決目前高鎳三元不穩定性的較佳選擇。目前已報道有凝膠態固體聚合物電解質、全固態聚合物電解質等。凝膠態固體電解質的高溫穩定性較差，而全固態聚合物電解質的離子電導率較差。為此，開發高溫穩定性、高離子電導率的固態電解質對推進高鎳三元鋰電池具有重要的意義。

中國發明專利申請號201610061128.8公開了一種鋰離子電池固體電解質膜，涉及鋰離子電池領域。本發明中固體電解質膜由玻璃陶瓷電解質和包覆在其表面的包覆層構成。包覆層材料為摩爾比1∶5～1∶10的鋰鹽和聚合物材料。該電解質膜可以在很大程度上降低全固態鋰離子電池的界面阻抗，從而提高其循環穩定性和使用壽命。但是，玻璃陶瓷電解質與包膜膨脹系數差異大，高溫條件下玻璃陶瓷電解質電解質表層的薄膜易剝落，影響電池循環性能。中國發明專利申請號201611180046.1公布了一類耐高溫固態聚合物電解質的制備方法，將一定比例的兩種或多種聚合物單體、導電鹽和引發劑在分子水平上混合均勻形成前驅體溶液，將前驅體溶液涂覆于基材或電極表面，通過聚合的方法制備了固態聚合物電解質，將該電解質直接組裝電池，該電池能夠在室溫和高溫下工作。然而，制備前驅體溶液需要對原料進行分子水平上混合均勻，在后期進行聚合時獲得均勻電解質，其對設備及操作有較高要求，不利于降低制備成本。

因此，針對現有高鎳三元材料受電解液反應溶解的影響，有必要提出一種容易實施的方案改善現有鋰電池用聚合物電解質高溫穩定性，有效提高離子傳輸效率，推動聚合物電解質在動力電池領域的應用。

發明內容