[发明专利]一种固态电解质材料、电解质、锂电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种固态电解质材料、电解质、锂电池及其制备方法，所述电解质材料包括内核和包覆层，所述内核为碳基导体材料，所述包覆层包覆在所述内核表面，所述包覆层为无机陶瓷类材料。本发明提供的电解质材料具有包覆层，屏蔽了碳基导体材料的导电子特性，将碳基导体材料引入到固态电解质材料中，提高了固态电解质的离子迁移率，限制了锂枝晶的产生，增加电解质在空气中的稳定性。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，尤其涉及一种固态电解质材料、电解质、锂电池及其制备方法。

背景技术

随着近年来电子产品的普及，作为其电源的锂电池，因具有质量轻、体积小、工作电压高、能量密度高、输出功率大、充电效率高和无记忆效应等优点，越来越受到重视。并且在电动工具、电动汽车以及大型储能等领域，对锂电池的安全性和性能也有越来越高的要求。

目前市售的锂电池通常由正极片、负极片、隔膜、电解液和外壳组成。其中，电解液多采用以可燃性的有机溶剂作为溶媒的有机电解液，因此，需要各种保护措施来降低电池起火爆炸的危险，但无法彻底改变有机溶媒易燃的本质属性。同时，液态电解质无法限制锂枝晶的产生，并对锂金属电极有腐蚀。而使用固态电解质取代液态电解质，由于电池内不存在可燃性的有机溶媒，可以完全杜绝电池燃烧爆炸的危险，同时固态电解质可以限制锂枝晶的产生，因此保证锂电池的安全使用。

固态电解质种类繁多，常用的有硫磷无机化合物材料，或者聚合物包覆材料。前者的离子迁移率虽然可以达到液态电解液的水平(10^-2S/cm)，但是无机物弹性差，与锂金属无法紧密接触，导致离子传输受阻，且这些硫磷无机化合物材料化学性质不稳定，对空气中的氧气和水蒸气敏感，影响电池的充放电循环次数。虽然聚合物包覆材料虽然有良好的弹性，可以与锂金属紧密接触，但是，其离子迁移率低下，严重限制了锂电池的使用。现阶段的解决方案，多为将含有快离子导体的无机陶瓷类化合物掺入到聚合物中，结合了聚合物的弹性和快离子导体的离子高迁移率两种特性，但对迁移率的提升还是有限，始终不能达到液态电解液的水平。

现有技术中的电解质材料只能选用导离子不导电子的材料，限制了电解质材料的选择范围，较难找到即具有高离子迁移率、不导电子，又能在空气中稳定存在的材料。

发明内容

本发明实施例提供了一种固态电解质材料、电解质、锂电池及其制备方法。将具有高离子迁移率的碳基材料引入到固态电解质中，提高了固态电解质的离子迁移率，限制了锂枝晶的产生，增加了电解质在空气中的稳定性。

一方面，本发明实施例提供了一种电解质材料，包括：内核，所述内核为碳基导体材料；包覆层，所述包覆层包覆在所述内核表面，所述包覆层为无机陶瓷类材料。

在一种可能的实现方式中，所述碳基导体材料包括石墨烯、掺杂石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、掺杂碳纳米管中的一种或多种。

在一种可能的实现方式中，所述掺杂石墨烯和掺杂碳纳米管的掺杂元素包括N、P、B、O、S、F、Cl、H中的一种或多种。

在一种可能的实现方式中，所述无机陶瓷类材料包括氧化铝、氧化锆、氟化锂、氧化硅、氧化钙、氧化镁、氧化钛、氧化钽、氮化硅、立方氮化硼、氮化铝、氮化铬、氮化钛、碳化硅、碳化硼、碳化钛、碳化铬中的一种或多种。

在一种可能的实现方式中，所述电解质材料具有球状结构，所述球状结构的直径为0.1～20μm。

在一种可能的实现方式中，所述球状结构的直径为0.1μm。

在一种可能的实现方式中，所述球状结构的直径为0.5μm。

在一种可能的实现方式中，所述球状结构的直径为0.8μm。

在一种可能的实现方式中，所述球状结构的直径为2μm。

在一种可能的实现方式中，所述球状结构的直径为6μm。