[發明專利]復合固態電解質、固態電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202011502761.9
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112563563A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 蔡偉平;范鑫銘;陳志勇;王瀟晗;駱偉光
• 申請（專利權）人: 廣東微電新能源有限公司
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 梁睦宇

本發明涉及一種復合固態電解質，包括鋰鹽、有機溶劑、聚合物、無機填料、UV樹脂單體和光引發劑，聚合物和無機填料交聯復合，無機填料的質量占復合固態電解質的總質量的6?10％。本發明還涉及固態電池，該固態電池包括正極片、負極片和電解質層，電解質層含有上述復合固態電解質。本發明還涉及一種制備上述固態電池的方法。本發明提供的復合固態電解質制備的復合固態電解質具有較高的電導率，由復合固態電解質制備的固態電池具有良好的首周比容量和循環性能。

技術領域

本發明涉及化學電池領域，特別是涉及一種復合固態電解質、使用該復合固態電解質的固態電池和該固態電池的制備方法。

背景技術

鋰離子電池因其重量輕、能量密度高、循環性能穩定而廣泛用于便攜式電子設備和電動汽車中。目前，商業化的鋰離子電池的電解質包括將鋰鹽和非水溶劑混合所獲得的非水性電解液(電解質溶液，electrolytic solution)和經由聚合物保持非水溶劑的凝膠電解質。非水性電解液通常具有約10^-2S/cm或更大的電導率。然而，非水溶劑是可燃的，因此，當過度充電或內部短路發生時，在高溫下揮發性的電解液可能導致著火或爆炸。因此具有更高的安全性的全固態鋰離子電池開始受到矚目，其采用不燃的固態無機物作為電解質，不但具有較高的能量密度，且同時具有良好的安全性，而且固態電解質良好的機械強度也使全固態鋰離子電池具有更好的穩定性。

現有的固態電解質包括聚合物固態電解質和復合固態電解質兩種。現有的復合固態電解質主要為含氧化乙烯鏈段類聚合物與無機物復合的固態電解質，這類電解質是以含氧化乙烯鏈段與小分子鋰鹽結合后作為導電單元，其在與無機物復合后，能提升整體的離子電導率和機械性能，但這些無機物往往不能導離子，這就造成電解質的離子電導率低、機械性能較差。同時無機物加入的量一般很低，且與聚合物相容性不好。

使用固態電解質的全固態鋰離子電池具有的缺點在于：固態電解質在室溫下通常具有較低的離子電導率，當離子電導率較低時，電池容量可能減小并且性能如耐久性和輸出達不到預期。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明提供一種復合固態電解質，該固態電解質能獲得與液態電解質相當的離子電導率。

一方面，本發明提供一種復合固態電解質，包括鋰鹽、有機溶劑、聚合物、無機填料、UV樹脂單體和光引發劑，聚合物和無機填料交聯復合。無機填料的質量占復合固態電解質的總質量的6-10％，當無機填料的質量占比處于該范圍時，復合固態電解質在室溫下的離子導電率不低于10^-3S/cm，當無機填料的質量占比大于10％時，導電性降低。其原因在于過量的無機填料增加了Li⁺的粘度，降低了Li⁺的流動性，從而干擾了離子傳導。鋰鹽和無機填料的質量比會影響聚合物的結晶度，鋰鹽和無機填料的質量比為1-5：20時，有利于降低聚合物的結晶度，聚合物的結晶度的降低能夠促進聚合物鏈的節段運動，使Li⁺易于穿梭。

本發明提供的復合固態電解質中，UV樹脂單體的質量占復合固態電解質的總質量的40-55％，由于固化后的UV樹脂起到支撐骨架的作用，因此若UV樹脂單體的質量占比低于40％時會影響復合固態電解質的機械性能；若UV樹脂單體的質量占比高于55％時會影響復合固態電解質的離子導電率。聚合物的質量占復合固態電解質的總質量的30-40％，聚合物和無機填料交聯復合，因此若聚合物的質量占比低于30％時會降低與無機填料交聯復合結構的穩定性；若聚合物的質量占比高于40％時會影響復合固態電解質的離子導電率。

本發明提供的復合固態電解質中，光引發劑占復合固態電解質的總質量的 4-8％，光引發劑的質量占比是基于UV樹脂單體的質量占比，光引發劑的質量占比處于該范圍時可以確保UV樹脂單體固化完全。