[發明專利]固態電解質及其應用和陰極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910088020.1
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109830746B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 拉杰什·麥加;車金柱;普拉杰什·PP;姜艷;王格日樂圖;馬忠龍
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M4/36;H01M4/62;H01M10/0525;H01M4/13;H01M10/42
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 趙天月

本發明提供了一種固態電解質及其應用和陰極材料及其制備方法和應用，固態電解質包括聚合物、增塑劑、鋰鹽和填料，其中，所述填料為鋰離子導電材料。該固態電解質采用鋰離子導電材料作為填料，鋰離子導電材料進入到固態電解質中的孔隙中，有利于增強固態電解質的機械強度，使得固態電解質具有優異的機械強度；鋰離子導電材料本身具有導電能力，不但不會損害固態電解質本身的鋰離子傳導性，還能使原本固態電解質中的孔隙也開始參與鋰離子傳導，進而改善固態電解質的鋰離子傳導性；填料的加入，降低固態電解質中的孔隙率，改善固態電解質與電極之間的連通性能，可提高整個電池的導電性能；填料本身是晶相，可以提高固態電解質中晶相的占比。

技術領域

本發明涉及鋰電池技術領域，特別涉及一種固態電解質及其應用和陰極材料及其制備方法和應用。

背景技術

液體電池和固態電池之間的主要區別在于電解質的差異。液體電池使用液體電解質，但固體聚合物電池使用固體聚合物電解質。現有技術中，通過將鋰鹽結合到聚合物基質中并將它們澆鑄成薄膜來形成固體聚合物電解質。與常規液體電解質相比，固體聚合物電解質有幾個可能的優點：第一，固體聚合物電解質可以用作將負極和正極彼此隔離并防止陰極反應產物擴散到陽極側的電池中的隔膜；第二，它解決了電解液的泄漏問題；第三，它使電池具有高能量密度；第四，它的幾何形狀可靈活設計。

固體聚合物電解質包括離子導電聚合物，通常是基于聚環氧乙烷與鋰鹽絡合的。這種電池具有高能量存儲容量和再充電能力。基于PEO的電解質通常可用于高于基于PEO的鹽絡合物的熔點的溫度。然而，在高于40℃的溫度下，非交聯的PEO經歷降解。這可能導致機械強度的損失，現有固態電解質在同時滿足高機械強度和高離子導電性上還存在問題。同時可能因為鋰枝晶的形成而使電池短路。而且，PEO鏈可以遷移到鋰陽極表面，并且PEO上的游離羥基可以不可逆地與鋰金屬表面反應，這可能導致界面電阻增加并導致在較高溫度下電池循環失敗。

同時因電解質的差異，使得電池對于電極的性能有了不同的要求。現有陰極與固態電解質中的界面電阻較高，鋰離子的移動速度較慢。

因此，現有固態電解質和陰極有待進一步改進。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提出一種固態電解質及其應用和陰極材料及其制備方法和應用，以解決現有鋰電池中固態電解質離子電導率和機械強度無法同時增加、固態電解質與陰極之間界面電阻高、鋰離子移動速度較慢的問題。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種固態電解質，包括：聚合物、增塑劑、鋰鹽和填料，其中，所述填料為鋰離子導電材料。

進一步地，所述聚合物與所述增塑劑、所述鋰鹽和所述填料的質量比為20-40：20-40：20-40：0.01-10。

進一步地，所述聚合物與所述增塑劑、所述鋰鹽和所述填料的質量比為25-35：25-35：25-35：0.01-5。

進一步地，所述鋰離子導電材料為選自石榴石型導電材料、硫化物類導電材料、鈣鈦礦型導電材料、LISICON型導電材料、LIPON型導電材料或Li₃N型導電材料。

進一步地，石榴石型導電材料為Li_xLn₃M₂O₁₂，其中，M為Te和/或W，Ln為鑭系元素中的至少之一。

進一步地，所述硫化物類導電材料為選自Li₂GeS₃、Li₄GeS₄、Li₂ZnGeS₄、Li_4-2xZn_xGeS₄、Li₅GaS₄中的至少之一。