[發(fā)明專利]一種鹵鹽修飾的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法與應(yīng)用

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• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112186243A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 屠芳芳;陳冬;張文;楊東輝;王羽平;張焱;劉桃松;相佳媛;陳建
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江南都電源動力股份有限公司;杭州南都動力科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0562;H01M10/058;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00;D01F9/08
• 代理公司: 杭州裕陽聯(lián)合專利代理有限公司 33289
• 代理人: 盛影影

本發(fā)明涉及一種鹵鹽修飾的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法與應(yīng)用，組分包括：石榴石型氧化物納米纖維、聚氧化乙烯PEO、聚碳酸丙烯酯PPC、鋰鹽和鹵鹽。本發(fā)明利用聚氧化乙烯和聚碳酸丙烯酯共混，提高聚合物無定形程度和柔韌性；利用石榴石型氧化物納米纖維，提供連續(xù)的導(dǎo)鋰通道，提高復(fù)合電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率和電化學(xué)穩(wěn)定窗口；利用鹵鹽涂層修飾電解質(zhì)表面，抑制聚碳酸丙烯酯與正極活性材料之間的氧化還原反應(yīng)，改善電解質(zhì)與正極間的化學(xué)相容性。由本發(fā)明制備的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，離子電導(dǎo)率為1×10^?4S/cm～8×10^?4S/cm，構(gòu)建的固態(tài)鋰電池，室溫充放電循環(huán)可達(dá)50周以上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高固態(tài)電解質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性，防止電池過充的鹵鹽修飾的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池憑借其能量密度高、循環(huán)性能好、綠色環(huán)保等優(yōu)勢，已廣泛應(yīng)用于儲能、動力和3C消費(fèi)類領(lǐng)域。鋰離子電池普遍采用有機(jī)電解液，在過充、短路、撞擊等情況下容易發(fā)生電解液的泄露、燃燒和爆炸。固態(tài)鋰離子電池采用固態(tài)電解質(zhì)代替有機(jī)電解液，不含易燃、易揮發(fā)組分，電化學(xué)穩(wěn)定窗口寬，與金屬鋰和高電壓正極的兼容性好，能量密度提升空間大，能夠兼顧“高能量密度”和“高安全”，已逐漸成為新型化學(xué)電源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

固態(tài)鋰離子電池的發(fā)展關(guān)鍵在于固態(tài)電解質(zhì)。固態(tài)鋰離子電池是在鋰離子電池中將固態(tài)電解質(zhì)代替有機(jī)電解液。與有機(jī)電解液相比，固態(tài)電解質(zhì)機(jī)械強(qiáng)度高，耐高溫性好，化學(xué)穩(wěn)定性好，不易燃易爆，電化學(xué)窗口寬，可以兼容鋰負(fù)極和高電壓正極，因此可以大幅提升電池的能量密度、安全性和使用壽命。

在固態(tài)電解質(zhì)中，聚氧化乙烯PEO固態(tài)電解質(zhì)的柔韌性和加工性好，能夠降低電極/電解質(zhì)界面阻抗，價(jià)格低廉，是當(dāng)前研究最多的一種聚合物固態(tài)電解質(zhì)，并已初步實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，但其室溫離子電導(dǎo)率低，耐高壓性不佳，限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用。聚碳酸丙烯酯PPC具有無定形結(jié)構(gòu)和柔性分子鏈，鏈段運(yùn)動能力高，離子電導(dǎo)率高，但機(jī)械強(qiáng)度差，并且與正極活性物質(zhì)之間存在氧化還原反應(yīng)，易造成電池過充。無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)通常具有高的離子電導(dǎo)率和寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口，但與正負(fù)極界面的接觸浸潤性差。

在現(xiàn)有技術(shù)中，通常將聚合物和無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)復(fù)合，以兼顧高的離子電導(dǎo)率和良好的電解質(zhì)/電極界面接觸。但是復(fù)合電解質(zhì)中，無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)通常以納米級或微米級顆粒形式分散存在，不易形成連續(xù)的導(dǎo)鋰通道，同時(shí)復(fù)合電解質(zhì)也無法避免PPC與正極活性物質(zhì)的氧化還原反應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有復(fù)合電解質(zhì)中，無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)通常以納米級或微米級顆粒形式分散存在，不易形成連續(xù)的導(dǎo)鋰通道，同時(shí)復(fù)合電解質(zhì)也無法避免PPC與正極活性物質(zhì)的氧化還原反應(yīng)的缺陷，而提供一種提高固態(tài)電解質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性，防止電池過充的鹵鹽修飾的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種鹵鹽修飾的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，所述復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)包括石榴石型氧化物納米纖維、聚氧化乙烯PEO、聚碳酸丙烯酯PPC、鹵鹽和鋰鹽，厚度20～300μm，離子電導(dǎo)率為1×10^-4S/cm～8×10^-4S/cm。

作為優(yōu)選，所述石榴石型氧化物納米纖維為Li_7-xLa₃Zr_2-xM_xO₁2，其中M＝Ta、Nb、Ga或Al，0.25≤x≤2；石榴石型氧化物納米纖維的直徑為100～300nm，石榴石型氧化物納米纖維在復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中占的質(zhì)量比例為10～60％。