[发明专利]复合准固态电解质、其制法和含其的锂电池或锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及电化学和新能源材料技术领域，尤其涉及一种复合准固态电解质及其制备方法，以及包括该复合准固态电解质的锂电池或锂离子电池。

背景技术

目前，锂离子电池是商用电池中能量密度最高的电池，被广泛应用于各种小型电子产品以及电动汽车等。近年来，电动汽车和储能行业的快速发展对锂离子电池的能量密度、成本和安全性提出了更高的要求。

金属锂被认为是第四代负极，具有3860mAh/g的最高容量和较低的-3.04V的沉积电位；采用金属锂用作负极能够将现有的锂离子电池的能量密度显著提高到300Wh/kg，有效缓解电动汽车的里程焦虑。同时，对于锂电池，也可以采用无锂正极，从而扩大正极的选择范围。金属锂作为负极时存在的主要问题在于金属锂负极无限的体积膨胀。此外，由于充电过程中锂沉积不均匀，局部大量的锂沉积会导致固体电解质界面膜(Solid Electrolyte Interphase，SEI)破裂，形成锂枝晶，而锂枝晶容易穿透隔膜，造成短路。另外，锂枝晶具有较高的化学反应活性，容易与电解液发生反应。锂枝晶根部的锂的溶解脱出导致锂枝晶断裂，形成死锂，引起库能效率降低以及安全隐患的问题。

目前解决金属锂负极的方法主要有添加液体成膜添加剂，制成溶胶聚合物电池，采用干聚合物固体电解质、氧化物固体电解质、硫化物固体电解质，以及对金属锂进行各种结构修饰，以降低有效电流密度并减少体积膨胀。成膜添加剂虽然能够有效地提高电池的库能效率，抑制锂枝晶生长，但仍不能完全地抑制锂枝晶的生长。聚合物固体电解质虽然具有一定柔韧性，能够阻挡锂枝晶，但是电导率较低，制备得到的电池内阻较大。

固体电解质具有较宽的电化学窗口，化学环境稳定，不挥发，不易燃；固体电解质的存在杜绝了金属锂负极与溶液之间发生副反应；固体电解质具有较强的机械性能，能够阻碍锂枝晶的生长。

氧化物固体电解质膜易碎，机械柔韧性差，电解质和正极材料的界面接触难以解决，不易做成高容量的电池。

硫化物固体电解质具有较高的电导率和柔韧性，界面接触的问题较容易解决，通过冷压就解决正极和电解质的界面接触的问题，但是硫化物固体电解质正极化学不稳定，并且硫化物电解质制备条件要求高，空气稳定性差。

因此，为了对金属锂进行保护，需要制备出一种具有聚合物的柔性、固体电解质的硬度、液体电解液的电导率和浸润性的复合电解质膜。

发明内容

针对上述问题，本发明的一方面是提供一种复合准固态电解质，该复合准固态电解质包括固体电解质、含锂盐的液体电解液、无机纳米颗粒和粘结剂。

优选地，本发明所述的复合准固态电解质还包括表面活性剂；所述表面活性剂优选为选自十二烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠、烷基聚氧乙烯醚硫酸钠、烷基聚氧乙烯醚羧酸钠、烷基磺酸钠中的一种或多种。

优选地，在本发明所述的复合准固态电解质中，所述无机纳米颗粒为选自Al₂O₃、SiO₂、MgO、CaO、TiO₂、ZnO、ZrO₂、Y₂O₃、BaTiO₃、3A分子筛、4A分子筛、5A分子筛、10X分子筛、13A分子筛、13X-AGP分子筛、ZSM-5分子筛、硅酸镁锂、硅酸镁铝、蒙脱土中的一种或多种。更优选地，在本发明所述的复合准固态电解质中，所述无机纳米颗粒的粒径为0.1nm～1000nm；更优选为0.1nm～100nm。无机纳米颗粒越小，比表面积就越大，吸收的液体电解液就越多，同时与固体电解质或正极接触的面积增加。但是颗粒过小，生产成本会增加。进一步优选地，无机纳米颗粒在复合准固态电解质中所占的质量分数为10％～60％；更优选为10％～50％。无机纳米颗粒具有强烈的吸附液体电解液的作用，颗粒越小，液体电解液越少，则电池越安全。