[發(fā)明專利]雙層復(fù)合固體電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請日: 2019-01-11
• 公開（公告）號: CN109904514A
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杜付明;吳遠(yuǎn)志;葉拓;謝忠祥;劉偉
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南工學(xué)院
• 主分類號: H01M10/052
• 分類號: H01M10/052;H01M10/056
• 代理公司: 深圳市興科達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44260
• 代理人: 王翀;陽江軍

本發(fā)明公開了一種雙層復(fù)合固體電解質(zhì)，包括第一固體電解質(zhì)層和第二固體電解質(zhì)層，所述第二固體電解質(zhì)層在所述雙層復(fù)合固體電解質(zhì)中的質(zhì)量含量為30～50％，按質(zhì)量百分比計，所述第一固體電解質(zhì)層包括30～70％的聚合物固體電解質(zhì)和30～70％的氧化物固體電解質(zhì)；所述第二固體電解質(zhì)層包括50～80％的聚合物固體電解質(zhì)和20～50％的硫化物固體電解質(zhì)。本發(fā)明還提供了雙層復(fù)合固體電解質(zhì)的制備方法及其應(yīng)用。本發(fā)明的有益效果是：提高固體電解質(zhì)的鋰離子電導(dǎo)率、電化學(xué)窗口和力學(xué)強度，抑制鋰枝晶生長；通過采用雙層復(fù)合固體電解質(zhì)，能夠與鋰硫電池的正、負(fù)極同時兼容，提高循環(huán)性能。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙層復(fù)合固體電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用。

【背景技術(shù)】

鋰硫電池采用硫或硫化物為正極，金屬鋰為負(fù)極，比容量(1675mAh/g)和比能量(2600Wh/kg)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的鋰離子電池(比能量<300Wh/kg)。然而液態(tài)鋰硫電池由于放電產(chǎn)物多硫化鋰的穿梭效益，鋰負(fù)極與電解液不穩(wěn)定、容易形成鋰枝晶，醚類電解液易燃等問題限制了鋰硫電池的發(fā)展。固態(tài)鋰硫電池采采用難以燃燒的固體電解質(zhì)替代液體電解液，可以從根本上抑制多硫化鋰的穿梭、鋰枝晶的生長，解決安全問題，是下一代電池的重要發(fā)展方向。固體電解質(zhì)可以分為無機硫化物固體電解質(zhì)、聚合物固體電解質(zhì)以及有機-無機復(fù)合固體電解質(zhì)三大類。專利CN201511023425公開了一種采用Li2S-P2S5的無機硫化物固體電解質(zhì)的固體鋰硫電池，但是沒有解決硫化物電解質(zhì)與金屬鋰電化學(xué)不穩(wěn)定、界面阻抗較大的問題；馬強等人(儲能科學(xué)與技術(shù),2016,5(5):713-718.)報道了PEO和鋰鹽制備的新型聚合物電解質(zhì)，但是室溫鋰離子電導(dǎo)率仍然較低(10^-5S/cm)，力學(xué)強度不夠、無法阻止鋰枝晶的生長；專利CN201810403739公開了一種有機-無機復(fù)合固體電解質(zhì)(無機氧化物或硫化物)，雖然可以提高鋰離子電導(dǎo)率，然而單純的復(fù)合固體電解質(zhì)在固態(tài)鋰硫電池應(yīng)用時無法同時與硫正極、金屬鋰負(fù)極電化學(xué)兼容，電化學(xué)窗口低。由此可見，相關(guān)技術(shù)具有如下缺陷：

1、無機硫化物固體電解質(zhì)與金屬鋰電極電化學(xué)不穩(wěn)定、界面阻抗大；

2、純聚合物電解質(zhì)的鋰離子電導(dǎo)率低，力學(xué)強度低、無法抑制鋰枝晶；

3、聚合物電解質(zhì)-硫化物固體電解質(zhì)復(fù)合雖然可以提高鋰離子電導(dǎo)率，與硫正極兼容，但是硫化物電解質(zhì)與金屬鋰負(fù)極電化學(xué)不穩(wěn)定，增加了界面阻抗；

4、聚合物電解質(zhì)-氧化物固體電解質(zhì)復(fù)合也可以提高鋰離子電導(dǎo)率，同時與金屬鋰負(fù)極電化學(xué)穩(wěn)定，但是與硫正極電化學(xué)不穩(wěn)定，界面會形成空間電荷層，增加硫正極/固體電解質(zhì)界面阻抗。

【發(fā)明內(nèi)容】

為了解決背景技術(shù)提到的相關(guān)技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種雙層復(fù)合固體電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種雙層復(fù)合固體電解質(zhì)，包括第一固體電解質(zhì)層和第二固體電解質(zhì)層，所述第二固體電解質(zhì)層在所述雙層復(fù)合固體電解質(zhì)中的質(zhì)量含量為30～50％，按質(zhì)量百分比計，所述第一固體電解質(zhì)層包括30～70％的聚合物固體電解質(zhì)和30～70％的氧化物固體電解質(zhì)；所述第二固體電解質(zhì)層包括50～80％的聚合物固體電解質(zhì)和20～50％的硫化物固體電解質(zhì)。

優(yōu)選的，所述高分子聚合物包括聚氧化乙烯或其改性物、聚碳酸丙烯酯或其改性物、聚偏二氟乙烯或其改性物、聚甲基丙烯酸甲酯或其改性物、聚硅氧烷或其改性物中的一種或多種的組合；

所述鋰鹽包括六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、二氟草酸硼酸鋰中的一種或多種的組合；

所述聚合物固體電解質(zhì)由質(zhì)量比為0.5～3:1的高分子聚合物和鋰鹽組成。