[發明專利]一種復合固態電解質及其制備方法

在審

• 申請號: 202010882086.0
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN111900458A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 洪波;賴延清;易茂義;姜懷;李劼;張治安;張凱;方靜
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056;H01M10/052;H01M10/0525
• 代理公司: 北京天盾知識產權代理有限公司 11421
• 代理人: 李瓊芳;肖小龍

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種復合固態電解質及其制備方法。所述復合固態電解質包括無機固態電解質、聚合物固態電解質和鋰鹽，其中，無機固態電解質至少包括無機鋰離子固態電解質和無機氧離子固態電解質。與現有技術相比，本發明提供的復合固態電解質力學性能好、電導率高、成膜性優良、離子遷移數較高，解決了現有的PEO基固態電解質離子遷移數較低的問題，具有良好的應用前景。本發明另提供所述復合固態電解質的制備方法。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種復合固態電解質及其制備方法。

背景技術

傳統鋰離子電池采用的液態有機電解液熱穩定性差、著火點低，當電池使用不當發熱時，存在易泄露、易燃易爆等安全隱患。采用不易燃、熱穩定性好的固態電解質取代有機電解液，是解決上述安全問題的根本途徑。固態電解質分為無機固態電解質和有機固態電解質，無機固態電解質普遍離子電導率高、電化學窗口寬，但脆性大，致密電解質片的制作難度高，并且電極/電解質固固界面接觸不良，導致界面阻抗偏大。聚合物固態電解質質量輕、易成膜、粘彈性好，具有良好的加工性和界面潤濕性。有機無機復合固態電解質結合了聚合物電解質和氧化物電解質的優勢，是目前最具發展潛力的體系。

聚環氧乙烷(PEO)聚合物電解質是目前較為成熟的有機聚合物電解質材料。室溫下PEO基體結晶性強，所以傳統的PEO-Li鹽體系的聚合物固態電解質存在室溫離子電導率低(10^-5-10^-7S/cm)、界面電阻高、電化學窗口窄等問題。加入陶瓷填料可以改變聚合物結晶狀態提高聚合物電解質輸運Li⁺的能力，提高機械強度，提升電化學窗口。常見的陶瓷填料包括活性填料LATP、LAGP、LLTO、LLZO、LGPS等和惰性填料Al₂O₃、TiO₂、SiO₂、MOF等。加入陶瓷填料后得到無機有機復合固態電解質的離子電導率，機械性能，電化學窗口均有較大幅度的提升，但無機有機復合固態電解質的離子遷移數較低，一般來說小于0.5，如何提高無機有機復合固態電解質的離子遷移數這也是目前需要解決的一個問題。

發明內容

針對現有技術中無機有機復合固態電解質的離子遷移數不高的技術問題，本發明的目的之一是提供一種具有較高的離子遷移數的復合固態電解質。

本發明的解決方案是這樣實現的：

一種復合固態電解質，包括以下組分：無機固態電解質、聚合物固態電解質和鋰鹽，其中，無機固態電解質至少包括無機鋰離子固態電解質和無機氧離子固態電解質。

進一步地，所述無機鋰離子固態電解質為Al-LLZO，Ga-LLZO，Ta-LLZO，Nb-LLZO的一種或兩種以上；所述無機氧離子固態電解質為YSZ、CSZ、LSGM的一種或兩種以上；所述聚合物固態電解質為聚合物PEO；所述鋰鹽為LiTFSI。

進一步地，所述無機鋰離子固態電解質的平均粒徑為300nm-1μm；所述無機氧離子固態電解質的平均粒徑為300nm-1μm。

進一步地，在所述復合固態電解質中，所述無機固態電解質的重量百分比為5-20％，所述鋰鹽的重量百分比為30-40％，所述聚合物固態電解質的重量百分比40-60％。

進一步地，所述無機鋰離子固態電解質占所述無機固態電解質的重量百分比為40-90％。

基于同樣的發明構思，本發明另提供一種上述復合固態電解質的制備方法，具體技術方案如下。

一種上述復合固態電解質的制備方法，包括以下步驟：

(1)將無機固態電解質、聚合物固態電解質和鋰鹽按照比例溶于有機溶劑中，然后倒入聚四氟乙烯模具中，得到均勻混合物；無機固態電解質至少包括無機鋰離子固態電解質和無機氧離子固態電解質；