[發(fā)明專利]一種硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜及固態(tài)鋰離子電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110829108.1
• 申請日: 2021-07-22
• 公開（公告）號: CN113451638B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮玉川;劉思捷;何泓材;李崢
• 申請（專利權(quán)）人: 清陶（昆山）能源發(fā)展股份有限公司
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056;H01M10/052;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 邊人洲

本發(fā)明涉及鋰電池領(lǐng)域，公開了一種硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜及固態(tài)鋰離子電池，所述硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜包括具有三維骨架結(jié)構(gòu)的聚合物膜和形成連續(xù)相的硫化物固態(tài)電解質(zhì)材料；所述硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜的離子電導(dǎo)率10^?4S/cm，所述硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜的厚度≤40μm；利用柔性聚合物膜作為骨架支撐作用，硫化物在聚合物膜中形成連續(xù)相，保證了硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜的離子電導(dǎo)率，大大降低了固態(tài)電解質(zhì)膜的厚度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰電池領(lǐng)域，涉及一種硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜及固態(tài)鋰離子電池。

背景技術(shù)

隨著能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)的要求，新能源汽車受到前所未有的重視，但現(xiàn)有的鋰離子電池由于采用液態(tài)電解質(zhì)，因此安全性尚不能完全滿足使用要求。近年來，采用固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)電池由于較高的安全性而受到廣泛關(guān)注。

現(xiàn)有的固態(tài)電解質(zhì)主要分為氧化物固態(tài)電解質(zhì)、硫化物固態(tài)電解質(zhì)和聚合物固態(tài)電解質(zhì)三種，而硫化物固態(tài)電解質(zhì)因?yàn)榫哂休^高的離子電導(dǎo)率而被認(rèn)為是一種具有廣闊產(chǎn)業(yè)化前景的材料。但硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜成型困難，純的硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜厚度在0.5～1mm左右，過大的膜厚導(dǎo)致電池體積能量密度過低。因此，目前硫化物固態(tài)電解質(zhì)尚只能應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的電池中，能量密度也遠(yuǎn)低于工業(yè)化的液態(tài)電池。

現(xiàn)有技術(shù)中，技術(shù)人員采用了脈沖激光沉積、氣相沉積等方法來制備相應(yīng)的固態(tài)電解質(zhì)膜，但這些方法成本高昂，難以真正產(chǎn)業(yè)化。最近的研究成果表明，采用硫化物固態(tài)電解質(zhì)和聚合物復(fù)合是一種有效的解決途徑，Shuting Luo等通過將Li₆PS₅Cl和聚氧化乙烯復(fù)合制備了厚度為65微米的固態(tài)電解質(zhì)膜。

但是，上述厚度依然無法完全滿足固態(tài)鋰電池輕薄化的要求，尋找一種更薄、性能更好的固態(tài)電解質(zhì)膜并應(yīng)用于鋰電池中是必須的。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜及固態(tài)鋰離子電池。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供一種硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜，所述硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜包括具有三維骨架結(jié)構(gòu)的聚合物膜和形成連續(xù)相的硫化物固態(tài)電解質(zhì)材料；所述硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜的離子電導(dǎo)率10^-4S/cm，所述硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜的厚度≤40μm。

本發(fā)明的方法中，硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜的離子電導(dǎo)率例如可以是5×10^-4S/cm、5.5×10^-4S/cm、6×10^-4S/cm或10^-3S/cm等；硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜的厚度例如可以是40μm、35μm、30μm或25μm等。

本發(fā)明利用柔性聚合物膜作為骨架支撐作用，硫化物在聚合物膜中形成連續(xù)相，保證了硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜的離子電導(dǎo)率，大大降低了固態(tài)電解質(zhì)膜的厚度。

以下作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，但不作為對本發(fā)明提供的技術(shù)方案的限制，通過以下優(yōu)選的技術(shù)方案，可以更好的達(dá)到和實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)目的和有益效果。

優(yōu)選地，所述聚合物膜為PVDF膜或PVDF基聚合物膜，所述PVDF基聚合物膜的分子結(jié)構(gòu)為P(VDF-B)或P(VDF-B-A)；

其中，B選自三氟乙烯(Trifluoroethylene，TrFE)、六氟丙烯(hexafluoropropylene，HFP)或甲基丙烯酸甲酯(methyl methacrylate，MMA)中的任意一種或至少兩種的組合；A選自三氟氯乙烯(chlorotrifluoroethylene，CTFE)、1,1-氯氟乙烯(1,1-chlorofluoroethylene，CFE)或二氟氯乙烯Chlorodifluoroethylene cdfe，CDFE)中的任意一種或至少兩種的組合；