[发明专利]复合固态电解质膜、制备方法及锂离子电池

说明书

复合固态电解质膜、制备方法及锂离子电池，该复合固态电解质膜包括多孔支撑材料；涂覆于所述多孔支撑材料两侧表面上的第一复合胶层；涂覆于所述第一复合胶层上的第二复合胶层；所述第二复合胶层的无机占比低于第一复合胶层的无机占比。本发明的在电解质膜中加入多孔支撑材料，从而保证了膜柔韧性并增强了膜的机械强度，而且三明治结构的电解质膜可以提高了界面相容性，提高了电池的循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种复合固态电解质膜及其制备方法，以及采用该固态电解质膜制备的固态锂离子电池。

背景技术

锂离子电池因能量密度高、循环寿命长以及环境友好等特点被广泛应用于移动通信设备、笔记本电脑、数码相机等电子产品中，并逐渐在电动交通工具以及储能领域发挥作用。目前应用最多的商业化锂离子电池是使用正、负极片、液态电解液以及聚烯烃隔膜等材料组装而成。由于液态电解液易燃易爆，且聚烯烃隔膜受热易收缩或融化，易导致电池短路爆炸，影响了锂离子电池的安全性。

固态电解质兼具液态电解液的离子导电性以及聚烯烃隔膜的电子绝缘性，可同时替代液态电解液以及聚烯烃隔膜，从而大大提高电池的安全性能。另外，使用固体电解质膜可降低锂枝晶导致的短路风险，使得金属锂作为锂离子电池负极材料成为可能，从而大大提高锂离子电池的能量密度。

目前对于固态电解质的研究，主要有三个类别：一是有机聚合物电解质，二是无机固体电解质，三是有机聚合物与无机固体电解质复合而成的复合电解质。

有机聚合物电解质的电池易加工，可基本沿用现有的锂离子电池工艺，但是室温电导率低。无机固体电解质的室温电导率较高，但是材料成本较高，且电池工艺复杂，需要开发很多全新的电池生产设备，导致成本进一步升高。复合电解质膜具备有机聚合物电解质的易加工性能，并可一定程度上提高室温电导率，但是存在机械强度差导致膜容易破裂造成电池短路、与正负极界面相容性较差导致电池内阻较高、循环性能差的缺点，且室温电导率也有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合固态电解质膜及其制造方法，以及应用该电解质膜的锂离子电池，以解决目前复合电解质膜存在的室温电导率低、机械强度差以及膜与正负极界面相容性较差的问题。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

复合固态电解质膜，包括：多孔支撑材料；涂覆于所述多孔支撑材料两侧表面上的第一复合胶层；涂覆于所述第一复合胶层上的第二复合胶层；所述第二复合胶层的无机占比低于第一复合胶层的无机占比。

进一步的，所述第一复合胶层由包含无机电解质粉体的电解质胶或包含无机电解质粉体、有机聚合物和锂盐的电解质胶形成，电解质胶中无机电解质粉体的含量为固体溶质总质量的5～100％。

进一步的，第二复合胶层由包含有机聚合物和锂盐的电解质胶或包含无机电解质粉体、有机聚合物和锂盐的电解质胶形成，电解质胶液中无机电解质粉体的含量为固体溶质总质量的0～95％。

复合固态电解质膜的制备方法，包括以下步骤：

将固体溶质溶于溶剂中制成第一复合胶，第一复合胶的固体溶质为无机电解质粉体或包括无机电解质粉体及有机聚合物和锂盐；

将固体溶质溶于溶剂中制成第第二复合胶，第二复合胶的无机占比低于第一复合胶的无机占比，第二复合胶的固体溶质包括有机聚合物和锂盐或包括无机电解质粉体及有机聚合物和锂盐；

将第一复合胶双面涂布或浇筑于多孔支撑材料上，蒸干溶剂后，在多孔支撑材料两侧表面上形成第一复合胶层；

将第二复合胶涂布或者浇筑于第一复合胶层的外侧表面上，蒸干溶剂后，得到复合固态电解质膜。

进一步的，第一复合胶中无机电解质粉体的含量为固体溶质总质量的5～100％。