[發明專利]復合固態電解質、固態鋰電池及制備方法

有效

• 申請號: 202110429620.7
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113178614B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 曹志鋒
• 申請（專利權）人: 深圳市合壹新能技術有限公司
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056;H01M10/052
• 代理公司: 華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 向薇

本發明公開了一種復合固態電解質，其包括無機固態電解質、有機固態電解質基體和鋰鹽，所述無機固態電解質和所述鋰鹽設置于所述有機固態電解質基體中，所述無機固態電解質為Li_1+xM_xTi_2?x(PO₄)₃，其中0≤x≤2，M選自Al或Sc，所述有機固態電解質基體選自聚氨酯基聚合物。實驗結果表明，該復合固態電解質具有較好的成膜性能和穩定性，并且在改善無機固態電解質成型情況的同時，較好地保持復合后的固態電解質的離子電導率性能。具有十分可觀的應用前景。

技術領域

本發明涉及儲能技術領域，特別是涉及一種復合固態電解質、固態鋰電池及制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有高比能、單體電壓高等優勢，已在消費電子和新能源汽車等領域獲得了廣泛應用。傳統的鋰離子電池通常使用高揮發性和易燃的有機溶劑型液體電解質，這給電池造成了巨大的安全隱患。隨著新能源汽車的迅速發展，人們對使用高能鋰電池的安全問題也日益關注。此外，由于鋰電池中含有高活性的鋰金屬，液態電解質會逐漸與鋰發生諸多副反應，因而也會限制鋰金屬的長期耐用性。

基于固態電解質的全固態鋰電池具有高能量密度和高安全的優勢，是當前儲能領域的研究熱點。與液體電解質鋰電池和凝膠電解質鋰電池相比，全固態鋰電池更安全，循環壽命更長，對封裝和充電狀態監測電路的要求更低。然而傳統的固態電解質面臨的最嚴重的問題是離子電導率較差，例如鋰磷氧氮(LiPON)固態電解質及許多聚合物固態電解質的離子電導率在室溫下通常不超過10^-6S/cm，遠遠難以滿足其商業化應用的實際需求。以聚合物制備的有機固態電解質易于成型，但室溫離子電導率低，僅約10^-6S/cm。一些以氧化物制備的無機固態電解質的電導率可以達到接近10^-3S/cm，但這種固態電解質卻具有界面阻抗大、難成型的缺點，導致其也無法在商業化電池中得到有效應用。傳統技術中也存在將有機固態電解質與無機固態電解質進行復合，以改善無機固態電解質難成型的缺點，但復合后所得的電解質的離子電導率相比于單一的無機電解質會出現十分明顯的下降。

發明內容

基于此，本發明的首要目的在于提供一種復合固態電解質，以在改善無機固態電解質成型情況的同時，較好地保持復合后的固態電解質的離子電導率性能。進一步，提供其對應的制備方法及應用。

根據本發明的一個實施例，一種復合固態電解質，其包括無機固態電解質、有機固態電解質基體和鋰鹽，所述無機固態電解質和所述鋰鹽設置于所述有機固態電解質基體中，所述無機固態電解質為Li_1+xM_xTi_2-x(PO₄)₃，其中0≤x≤2，M選自Al或Sc，所述有機固態電解質基體選自聚氨酯基聚合物。

在其中一個實施例中，所述無機固態電解質為連續的三維網格結構，所述無機固態電解質被所述有機固態電解質整體包覆。

在其中一個實施例中，所述無機固態電解質在所述復合固態電解質中的質量含量為1％～10％。

在其中一個實施例中，所述聚氨酯基聚合物由包括擴鏈劑在內的原料制備所得，所述擴鏈劑選自1,4-丁二醇、甲基丙二醇、乙二胺、異佛爾酮二胺和二乙基乙二醇中的一種或多種。

在其中一個實施例中，所述鋰鹽選自LiPF₆、LiBF₄、LiTFSI、LiFSI和LiCF₃SO₃中的一種或多種。

在其中一個實施例中，在所述復合固態電解質中，所述鋰鹽與所述有機固態電解質基體組成的整體的質量含量為90％～99％。

在其中一個實施例中，在所述鋰鹽與所述有機固態電解質基體組成的整體中，所述鋰鹽的質量含量為20％～40％。