[發明專利]復合固態電解質、制備方法及應用

有效

• 申請號: 202011574446.7
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112331913B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 劉艷俠;高文超;張濤;秦盼盼;楊幸遇;趙沖沖
• 申請（專利權）人: 鄭州中科新興產業技術研究院
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/058
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 王紅培

本發明提供了一種復合固態電解質、制備方法及應用，包括第一固態電解質層和第二固態電解質層，所述第一固態電解質層包含有機聚合物A、鋰鹽和改性納米無機固態電解質；第二固態電解質層包括有機聚合物B、鋰鹽、納米金剛石、石墨烯和分散劑。本發明的設計充分考慮正極、負極技術需求，在保證高離子電導的同時，實現了耐高壓、抑制鋰枝晶與負極體積膨脹的兼顧。使用上述發明的電解質膜可以有效抑制固態鋰電池鋰枝晶的產生，提升固態鋰電池的能量密度、循環壽命及安全性能。

技術領域

本發明涉及儲能電池技術領域，具體涉及一種復合固態電解質、制備方法及應用。

背景技術

隨著新能源汽車的快速發展，對電池的能量密度、安全性等提出了更為嚴苛的要求。目前主流動力電池中所采用的液態電解質由于具有易泄露、易燃的特性，存在一定的安全隱患，固態電池因兼顧能量密度與安全性能，有望作為下一代高性能電化學能量存儲器件應用于電動汽車、消費電子設備等領域。

固態電解質是固態鋰電池的核心組件，研制離子電導率高、電化學窗口寬、電極界面良好且可有效抑制鋰枝晶等綜合性能良好的固態電解質是固態電池開發的關鍵。目前固態電解質可分為無機固體電解質、有機聚合物電解質兩大類。無機固體電解質最主要的優勢是室溫下離子電導率高，穩定性好且鋰離子遷移數高，但其與電池電極間的固固接觸能力差，制約了其規模化應用。與之相比，有機聚合物電解質具有彈性易變形的優勢，可有效改善電極與電解質的界面接觸，但其存在室溫離子電導率低和電化學窗口窄的問題。領域內研究者通過將有機聚合物電解質以及無機固體電解質相融合，制備有機-無機復合固態電解質，結合兩者優勢，提升綜合性能。

公布號為CN108336398A的專利申請公開了一種有機/無機復合電解質及其制備方法，該有機/無機復合電解質主要將無機固態電解質、聚合物基體和有機溶劑混合后，依次流延成膜和干燥，得到無機/有機復合固態電解質薄膜。該專利得到的電解質綜合了有機、無機電解質的優點，柔韌性好，電導率高，但是簡單將有機-無機電解質混合得到的復合電解質膜仍舊無法滿足固態電池的綜合性能需求，特別是難以同時滿足與金屬鋰接觸穩定，能抵擋鋰枝晶刺穿，并能承受高電壓與高電壓正極材料匹配，這極大程度地限制了其在固態電池特別是以金屬鋰為負極的固態電池中的應用。

發明內容

本發明提出了一種復合固態電解質、制備方法及應用，制備出了不但能夠抑制鋰枝晶并能實現高電壓的固態電池。該電池具有較高的電壓，較高的比容量和循環穩定性，并且這種結構設計可以抑制金屬鋰枝晶的生長提高電池安全性。該固態電池制備方法簡單、成本低廉、電化學性能優異，具有廣闊的應用前景及優勢。

實現本發明的技術方案是：

一種復合固態電解質，包括第一固態電解質層和第二固態電解質層，所述第一固態電解質層包含有機聚合物A、鋰鹽和改性納米無機固態電解質；第二固態電解質層包括有機聚合物B、鋰鹽、納米金剛石、石墨烯和分散劑。

第一固態電解質層中各組分的重量百分比分別為：有機聚合物A 20-80%，鋰鹽10-30%，改性納米無機固態電解質1-60%。

所述改性納米無機固態電解質的電導率在1×10^-5S/cm~1×10^-1S/cm，改性納米無機固態電解質的粒度為10-200nm。

所述有機聚合物A為聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯類共聚物、聚丙烯腈中的一種或兩種以上；鋰鹽為LiClO₄、LiPF₆、LiBF₄、LiN(SO₂CF₃)₂和LiN(SO₂CF₂CF₃)₂中的一種或多種；改性納米無機固態電解質為LLTO、LLZO或LATP中的一種或多種經偶聯劑接枝改性所得。

所述偶聯劑占改性納米無機固態電解質質量的0.5~20%。