[發(fā)明專利]一種復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法與應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011120443.6
• 申請(qǐng)日: 2020-10-19
• 公開（公告）號(hào): CN114388878A
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳雄偉;陳慧;熊利斌;王恩多;付娜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江西省釩電新能源有限公司
• 主分類號(hào): H01M10/056
• 分類號(hào): H01M10/056;H01M10/052
• 代理公司: 北京棋拾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11863
• 代理人: 楊雪婷

本申請(qǐng)公開了一種復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法與應(yīng)用。所述復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，其原料包括粘結(jié)劑、預(yù)聚增塑劑、納米陶瓷顆粒、鋰鹽和固化劑；其中，以粘結(jié)劑與預(yù)聚增塑劑的總質(zhì)量計(jì)，預(yù)聚增塑劑的質(zhì)量百分含量為25％～50％；以粘結(jié)劑與納米陶瓷顆粒的總質(zhì)量計(jì)，納米陶瓷顆粒的質(zhì)量含量為30％～70％；以粘結(jié)劑與鋰鹽的總質(zhì)量計(jì)，鋰鹽的質(zhì)量含量為60～80％；以預(yù)聚增塑劑與固化劑的總質(zhì)量計(jì)，固化劑的質(zhì)量含量為1％～5％。通過引入具有導(dǎo)鋰離子性質(zhì)的預(yù)聚增塑劑，不僅使電解質(zhì)表面更光滑，接觸性更好，更為鋰離子在電解質(zhì)中的傳輸增加一條路徑，有助于提高離子電導(dǎo)率。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及固態(tài)鋰金屬電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著人們對(duì)能源的需求日益增加以及不可再生能源的枯竭，使人們的目光轉(zhuǎn)向了可再生的清潔能源，由于可再生能源的儲(chǔ)存問題，一大批儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。在眾多儲(chǔ)能系統(tǒng)中，鋰金屬電池因其具有較高的能量密度(3860mAh g^-1)、較低的還原電位(-3.04V)、較長(zhǎng)的循環(huán)壽命及便攜的特點(diǎn)而備受關(guān)注。就傳統(tǒng)液態(tài)鋰金屬電池而言，仍然存在巨大的挑戰(zhàn)，例如循環(huán)效率較低，在充放電過程中，無法避免鋰枝晶或者非鋰枝晶無活性物質(zhì)的生成，電池內(nèi)部發(fā)生熱失控造成短路或燃燒爆炸等安全問題。

開發(fā)一種與電極具有良好兼容性與理化穩(wěn)定性的固態(tài)電解質(zhì)來替代傳統(tǒng)液態(tài)電解液已成為目前的研究熱點(diǎn)，固態(tài)電解質(zhì)在鋰金屬電池中的應(yīng)用有望實(shí)現(xiàn)高能量密度，高安全性，高循環(huán)穩(wěn)定性于一體的新型儲(chǔ)能系統(tǒng)。

現(xiàn)有的固態(tài)電解質(zhì)主要包括聚合物電解質(zhì)與無機(jī)電解質(zhì)，其中聚合物電解質(zhì)具有柔韌性好，易于制備的優(yōu)點(diǎn)，但其由于室溫離子電導(dǎo)率低的缺點(diǎn)在商業(yè)化應(yīng)用上受限；而無機(jī)電解質(zhì)具有室溫離子電導(dǎo)率較高的優(yōu)勢(shì)，但其與電極的界面電阻大，制備工藝較復(fù)雜而成為大規(guī)模生產(chǎn)的瓶頸。通過將這兩種電解質(zhì)復(fù)合能夠集成兩者的優(yōu)勢(shì)，有望被投入生產(chǎn)。

然而，復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中無機(jī)顆粒的添加量與電解質(zhì)的楊氏模量大小成正相關(guān)，當(dāng)電解質(zhì)的楊氏模量為鋰枝晶的兩倍及以上時(shí)對(duì)抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)大有幫助，也就意味著復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中的無機(jī)顆粒添加量需要足夠多才能得到一個(gè)高楊氏模量的電解質(zhì)，但同時(shí)無機(jī)顆粒添加量增多會(huì)降低界面的接觸性，增大界面阻抗，此外，對(duì)于一些對(duì)鋰金屬不穩(wěn)定的無機(jī)顆粒來說，添加量增加，副反應(yīng)程度也隨之增加，從而導(dǎo)致電池的循環(huán)穩(wěn)定性受到嚴(yán)重?fù)p害，阻礙復(fù)合電解質(zhì)的商業(yè)化進(jìn)程。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有復(fù)合電解質(zhì)在鋰金屬電池中界面物理/化學(xué)兼容性問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，通過引入具有導(dǎo)鋰離子性質(zhì)的預(yù)聚增塑劑，不僅使電解質(zhì)表面更光滑，接觸性更好，更為鋰離子在電解質(zhì)中的傳輸增加一條路徑，有助于提高離子電導(dǎo)率。

根據(jù)本申請(qǐng)的第一方面，提供了一種復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，其原料包括粘結(jié)劑、預(yù)聚增塑劑、納米陶瓷顆粒、鋰鹽和固化劑；

其中，以粘結(jié)劑與預(yù)聚增塑劑的總質(zhì)量計(jì)，預(yù)聚增塑劑的質(zhì)量百分含量為25％～50％；可選地，預(yù)聚增塑劑的質(zhì)量百分含量下限選自25％、30％、33％、35％、40％，上限可選自30％、33％、35％、40％、50％。

以粘結(jié)劑與納米陶瓷顆粒的總質(zhì)量計(jì)，納米陶瓷顆粒的質(zhì)量含量為30％～70％，優(yōu)選50～70％，更優(yōu)選60～65％；可選地，納米陶瓷顆粒的質(zhì)量含量下限可選自30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％，上限可選自35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％；

以粘結(jié)劑與鋰鹽的總質(zhì)量計(jì)，鋰鹽的質(zhì)量含量為60～80％；可選地，鋰鹽的質(zhì)量含量下限選自60、65％、70％、75％，上限可選自65％、70％、75％、80％；

以預(yù)聚增塑劑與固化劑的總質(zhì)量計(jì)，固化劑的質(zhì)量含量為1％～5％。