[發明專利]一種多層固體電解質膜及其應用

有效

• 申請號: 202110699429.4
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113422109B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發明（設計）人: 翟喜民;姜濤;陳慧明;劉曉蕾;王丹;孫煥麗
• 申請（專利權）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/0525;H01M10/0585
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 王巖

本發明提供了一種多層固體電解質膜及其應用，所述多層固體電解質膜包括第一固體電解質膜、第二固體電解質膜和第三固體電解質膜，其中第一固體電解質膜包括第一非晶硫化物固體電解質，第二固體電解質膜包括晶態硫化物固體電解質，第三固體電解質膜包括第二非晶硫化物固體電解質，所述第二固體電解質膜位于所述第一固體電解質膜和所述第三固體電解質膜之間，本發明所述三層電解質膜防止單層電解質因電極表面不平整引發的短路，可采用電極支撐的形式成膜，無需增加工序，與相同厚度的單層電解質膜相比，三層電解質膜抗短路能力明顯提升，可降低電解質膜整體。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，涉及一種多層固體電解質膜及其應用。

背景技術

目前商用的鋰離子電池因采用易燃易爆的有機電解液無法滿足人們對于電池的安全性需求，且能量密度已達到極限。而通過固體電解質取代有機電解液的全固態電池有望成為目前市場上鋰離子電池最安全的替代品。

根據固體電解質的種類不同全固態電池目前主要有3條技術路線：聚合物全固態電池、氧化物全固態電池、硫化物全固態電池。聚合物電解質具有良好的成膜性和柔韌性，加工工藝成熟，然而較低的離子電導率、有限的電化學窗口以及差的熱穩定性限制了其應用；氧化物電解質的離子電導率高于聚合物而且具有良好的穩定性，但是其界面接觸差、合成溫度高、加工難度大，難以量產；硫化物電解質具有最高的離子電導率，部分已超過電解液的水平，而且其合成溫度低，機械延展性好，目前最有希望商業化。硫化物固體電解質膜的厚度影響全固態鋰電池（ASSLB）的內阻和能量密度，但膜的減薄不可避免地會降低其機械強度，并增加薄膜破裂及Li枝晶滲透的風險；同時，固體電解質膜與正負極之間界面問題（化學不穩定、機械不穩定）也影響全固態電池的循環。

CN111933999A公開了一種固態電池、電池模組、電池包及其相關的裝置，在硫化物電解質層和設置于所述硫化物電解質層表面的至少一個聚合物電解質層，且固態電解質滿足以下條件：硫化物電解質層的厚度大于等于單側聚合物電解質層的厚度大于等于84.2-80.2×w（w為所述硫化物電解質層的致密度），其所述固態電池使用硫化物電介質層和聚合物電解質層匹配，導致離子電導率較低。

CN112018458A公開了一種硫化物-聚合物復合固態電解質及其制備方法和應用，其采用遇水穩定的硫化物固態電解質材料和水溶性的聚合物基體復合，制備綠色無污染的水系復合硫化物固態電解質-聚合物漿料，進一步制備成復合固態電解質膜，能夠充分結合硫化物固態電解質的高離子電導率和聚合物固態電解質柔韌性好的優點，但是其制備的固態電解質膜與電機接觸的界面不穩定，影響制得全固態電池的循環穩定性。

上述方案存在有離子電導率低或循環穩定性差的問題，因此，開發一種離子電導率高且循環穩定性好的固體電解質膜是十分必要的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多層固體電解質膜及其應用，多層電解質膜可以防止單層電解質因電極表面不平整引發的短路，可采用電極支撐的形式成膜，無需增加工序，與相同厚度的單層電解質膜相比，多層電解質膜抗短路能力明顯提升。

為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種多層固體電解質膜，所述多層固體電解質膜包括第一固體電解質膜、第二固體電解質膜和第三固體電解質膜，其中第一固體電解質膜包括第一非晶硫化物固體電解質，第二固體電解質膜包括晶態硫化物固體電解質，第三固體電解質膜包括第二非晶硫化物固體電解質，所述第二固體電解質膜位于所述第一固體電解質膜和所述第三固體電解質膜之間。

本發明所述三層電解質膜防止單層電解質因電極表面不平整引發的短路，可采用電極支撐的形式成膜，無需增加工序，與相同厚度的單層電解質膜相比，三層電解質膜抗短路能力明顯提升，可降低電解質膜整體。