[发明专利]锂金属电池用无机/有机复合薄膜固态电解质及其制备方法

说明书

本发明属于锂金属电池技术领域，尤其涉及一种锂金属电池用无机/有机复合薄膜固态电解质，包括陶瓷纳米线网络骨架、无机电解质和聚合物电解质，所述无机电解质通过磁控溅射的方法复合于所述陶瓷纳米线网络骨架上，所述聚合物电解质原位复合于所述无机电解质和所述陶瓷纳米线网络骨架上。相对于现有技术，本发明使用具有独特结构的陶瓷纳米线网络骨架，在此基础上设计、制备多层次网络结构的无机/有机复合薄膜固态电解质，而且，本发明通过优化和提高无机/有机复合薄膜固态电解质与金属锂电极的界面相容性和稳定性，实现离子的快速输运，同时抑制锂枝晶的生长、防止锂枝晶的穿刺，提高锂金属电池的循环稳定性和安全性。

技术领域

本发明属于锂金属电池技术领域，尤其涉及一种锂金属电池用无机/有机复合薄膜固态电解质及其制备方法。

背景技术

当前大气污染、地球变暖、石油枯竭等环境问题日益严峻，发展新能源汽车成为解决环境问题的迫切需要。动力电池的研发是实现电动汽车产业化的关键，对于新能源节能电动汽车的发展具有重要的意义。锂离子电池以其电压高、体积小、质量轻、比能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、使用寿命长等优点，成为目前综合性能最好的电池体系。但是，目前商品化的锂离子电池比能量受到传统正极材料和碳负极材料自身理论储锂容量极限的制约，能量密度能达到的上限为300Wh/kg，很难继续提高，因而开发更高比能量的电池是电池产业的当务之急。

金属锂是原子量(6.94)最小、标准电极电位(-3.040V相对于标准氢电极)最低的金属，因而当其与适当的正极材料匹配构成电池时具有最高的电池电压，同时有着极高的理论比容量(3860mAh/g)。因此，金属锂在用于高能量密度锂电池负极方面具有相当可观的前景。但是，安全问题是制约金属锂电池商业化的最重要因素，其主要症结是循环过程中金属锂极易形成锂枝晶。当锂枝晶的生长不可控时，极易刺穿隔膜，发生电池内部短路，继而引起爆炸。

金属锂的以上特性都会造成电池库伦效率低、容量衰减快以及安全性差等问题，阻碍了其实际应用。目前抑制锂枝晶生长的常用方法包括：1)通过对锂片表面形貌进行改性、设计三维结构锂金属电极等方法增大金属锂负极的比表面积，降低电极有效电流密度，从而减缓锂枝晶的生成速度；2)通过在电解液中引入成膜剂，原位形成SEI膜或者在金属锂表面添加一层人造SEI覆盖层避免高反应活性的金属锂与电解液直接接触，防止锂离子在其表面沉积。虽然以上方法能够有效抑制锂枝晶的生长，提高锂金属电池的循环稳定性，但是仍无法从根本上解决锂枝晶的问题，而且上述方法的成本较高，很难实现商业化应用。

采用固体电解质替代有机电解液，可以彻底解决锂金属电池的安全隐患。但是，传统单一组分的有机或者无机固态电解质在根本上解决提高锂金属电池的能量密度和安全性方面还极具局限性。

有鉴于此，本发明旨在提供一种锂金属电池用无机/有机复合薄膜固态电解质及其制备方法，其可以有效地解决上述问题。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种锂金属电池用无机/有机复合薄膜固态电解质及其制备方法，其可以有效地解决上述问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

锂金属电池用无机/有机复合薄膜固态电解质，包括陶瓷纳米线网络骨架、无机电解质和聚合物电解质，所述无机电解质通过磁控溅射的方法复合于所述陶瓷纳米线网络骨架上，所述聚合物电解质原位复合于所述无机电解质和所述陶瓷纳米线网络骨架上。