[發明專利]一種有機原位界面修飾的固態電解質及其制備方法

有效

• 申請號: 202110330115.7
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113363560B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 田軍;陳彬;蘇敏;韓笑;李凡群
• 申請（專利權）人: 萬向一二三股份公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/0565;H01M10/058
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏;何俊

本發明涉及鋰電池領域，公開了一種有機原位界面修飾的固態電解質及其制備方法，該固態電解質包括聚多巴胺表面修飾的無機固態電解質，以及原位修飾于無機固態電解質表面的聚合物固態電解質和鋰鹽。制備方法包括：制得無機固態電解質分散液；添加鹽酸多巴胺攪拌均勻，調節pH至8.0?9.0，攪拌，清洗后得到聚多巴胺表面修飾的無機固態電解質；制備聚合物固態電解質分散液，加入聚多巴胺表面修飾的無機固態電解質和鋰鹽，攪拌均勻，涂覆于載體上，烘干后脫離，得到成品。本發明固態電解質內部的有機相?無機相的界面兼容性好，因此室溫離子導電性、機械強度好；且制備為電池后固態電解質與電極之間的固/固界面接觸得到改善，阻抗更低。

技術領域

本發明涉及鋰電池領域，尤其涉及一種有機原位界面修飾的固態電解質及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池由于高比能、低自放電、寬化學窗口、綠色環保等優點，已廣泛應用于便攜式電子器件、電動汽車、智能電網等領域。然而，目前商業化離鋰離子電池能量密度仍然難以滿足日益增長的需求，加之其安全性能等問題限制了其進一步發展。與傳統液態鋰離子電池不同，全固態鋰電池具有高比能量、高安全性能、長循環壽命等優點，近年來已成為新型化學電池領域的研究開發熱點。

固態電解質作為全固態鋰電池的核心部件，其大致可分為無機固態電解質和聚合物固態電解質兩大類，無機固態電解質普遍室溫離子導電率高、電化學窗口寬及機械強度高，但脆性大，固/固界面接觸阻抗偏大，制備工藝復雜，難以大規模生產；聚合物電解質通常是在聚合物電解質基體中加入易解離的鋰鹽后通過溶液澆筑法制備得到，其質量輕、易成膜、粘彈性好，具有優異的加工性能，與固態電極接觸面積大，可改善界面電解質/固態電極界面潤濕性，但是，聚合物固態電解質的室溫離子導電率低，需要在較高溫度才能滿足固態鋰電池的需求。由此可見，單一的固態電解質很難滿足現階段固態鋰電池的應用。

復合固態電解質通過結合聚合物固態電解質和無機固態電解質，取長補短，綜合了無機固態電解質的高離子導電率、寬電化學窗口及聚合物電解質易成膜易加工、與固態電極具有良好的界面接觸性等優點，成為目前固態鋰電池領域的研究熱點。但是，復合固態電解質內部存在無機固態電解質無機相和聚合物固態電解質有機相，有機相-無機相的界面兼容性較差，極大地影響了復合固態電解質內部鋰離子遷移速率，限制了復合固態電解質進一步發展及應用。

綜上可知，現有技術制備的固態電解質存在室溫離子導電率低、與電極界面接觸性及內部有機相-無機相的界面兼容性較差等缺陷。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種有機原位界面修飾的固態電解質及其制備方法，本發明固態電解質內部的有機相-無機相的界面兼容性好，因此室溫離子導電性、機械強度更好；且制備為電池后固態電解質與電極之間的固/固界面接觸得到了改善，可降低阻抗。

本發明的具體技術方案為：

第一方面，本發明提供了一種有機原位界面修飾的固態電解質，包括聚多巴胺表面修飾的無機固態電解質，以及原位修飾于所述無機固態電解質表面的聚合物固態電解質和鋰鹽。

本發明創新點在于通過原位聚合工藝，在無機固態電解表面合成聚多巴胺層，引入羥基及氨基等官能團，與聚合物固態電解質形成非共價鍵，明顯地改善了無機固態電解質和聚合物固態電解質的界面相容性，提高了復合固態電解質室溫離子導電率及機械強度。另一方面，聚多巴胺具有極強地界面粘黏附性，可進一步提高固態電解質與固態電極之間的粘接性，改善兩者的界面接觸性，可極大地降低固/固界面阻抗。

作為優選，所述無機固態電解質選自LLTO、LLZO、LLZTO、LATP、LAGP和LGPS中的一種或多種。

作為優選，所述聚合物固態電解質選自聚氧化乙烯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚硅氧烷、聚四氫呋喃、聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯腈中的一種或多種。