[發明專利]復合固態電解質及其制備方法和固態電池

在審

• 申請號: 201910705276.2
• 申請日: 2019-08-01
• 公開（公告）號: CN110429330A
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 柳盼盼;李敏;包志豪
• 申請（專利權）人: 蘇州宇豪納米材料有限公司
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056;H01M10/058
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

本發明提供了一種復合固態電解質及其制備方法和固態電池；固態電解質制備方法為將納米金屬氧化物纖維去除溶液中的溶劑，制備出金屬氧化物納米纖維紙；將有機高分子和鋰鹽在溶劑中混合均勻后，加入無機氧化物，制備出固態電解質溶液；然后將該納米纖維紙浸漬在固態電解質溶液中并在真空干燥箱中干燥成膜得到固態電解質；將制備的極片于真空條件下浸漬在固態電解質溶液中進行干燥，在手套箱中將制備的正極片、固態電解質、負極片一起組裝成固態電池；本發明中由于所制備的納米纖維紙中纖維排列的各向同性的原因，為鋰離子提供了三維方向上的遷移通道，從而提升其離子電導率，制備了具有高熱穩定性、結構穩定性、高離子導通率的復合固態電解質。

技術領域

本發明屬于固態電池技術領域，具體涉及一種復合固態電解質及其制備方法和固態電池。

背景技術

鋰離子電池作為能量儲存裝置被廣泛應用在各個領域，而隨著鋰電池的發展，對電池的能量密度要求越來越高。現有鋰離子電池中采用有機電解液商業化的能量密度可達300Wh/kg，該能量密度和石油等燃料相比還不是很具有優勢。另外現階段鋰離子電池在實際應用中存在著諸多問題，其中安全問題最為突出。鋰離子電池主要采用的是有機電解液，在過度充放電下，內部鋰枝晶容易刺穿隔膜導致短路等問題，引發電解液泄露、電池熱失控等問題進而引發著火爆炸等安全事故。而固態電池的出現可以從根本上解決鋰離子電池的安全問題，由于采用固態電解質，一方面可以導通離子；另外一方面可以取代隔膜隔離正負極材料，且具有不易燃性、機械強度高不易刺穿和易加工等優點。因此固態電池作為下一代儲能電源具有廣闊的市場應用前景。

固態電解質作為固態電池的核心組成部分，可分為無機固態電解質、有機固態電解質、有機-無機復合固態電解質。無機固態電解質往往具有較高的室溫離子電導率，如一些硫化物固態電解質，然而無機固態電解質往往脆性較強，界面阻抗大，與電極界面存在相容性差的問題，限制了其應用。有機固態電解質因具有良好的成膜性、低密度、低成本以及較好的柔順性，使其成為可能商業化的固態電解質，但單一使用有機物電解質，離子電導率低，熱分解溫度和液體電解液相比并沒有顯著提升，使得其制備的固態電解質依然有熱失控的風險。現階段對固態電解質的研究，多為有機-無機復合固態電解質，通過添加增塑劑或者共混、共聚改性來提高離子電導性。但因其以有機物體系為主要基材，依然具有有機物易燃的特性，使其在作為鋰離子電池的固態電解質時依然有熱失控的風險。

現階段電池極片制備方法通常是將活性物質材料與導電劑及其粘結劑進行混合合漿制備極片，這種方法制備的極片因干燥過程中因溶劑蒸發產生較大的毛細作用壓力，容易造成極片的破裂，不利于極片面密度的提升和電池能量密度的增加。

發明內容

針對現有技術中的不足，本發明的首要目的是提供一種復合固態電解質的制備方法。

本發明的第二個目的是提供上述的復合固態電解質。

本發明的第三個目的是提供由上述復合固態電解質組裝的固態電池。

為達到上述目的，本發明的解決方案是：

一種復合固態電解質的制備方法，其包括如下步驟：

(1)、將金屬氧化物納米纖維分散在溶劑中，混合均勻，再除去溶劑得到納米纖維紙；

(2)、將有機高分子物質和鋰鹽在溶劑中混合后，加入無機氧化物，得到固態電解質溶液；

(3)、將納米纖維紙浸漬在所述固態電解質溶液中，烘干，得到處理后的納米纖維紙；

(4)、將處理后的納米纖維紙取出并除去其表面上的雜質，得到純化的納米纖維紙；

(5)、將純化的納米纖維紙在惰性氣體下烘干，得到復合固態電解質。

進一步地，步驟(2)中，有機高分子物質選自聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯和聚環氧乙烷中的一種以上。