[发明专利]固态电解质结构及其制备方法、锂电池

说明书

本发明提供固态电解质结构及其制备方法，锂电池，其中固态电解质结构包括含有锂盐的聚合物离子导体以及全部或部分收容于所述含有锂盐的聚合物离子导体之内的无机结构，无机结构与含有锂盐的聚合物离子导体之间具有多个接触面。接触面上具有高离子电导率，锂离子可以很容易的从接触面形成的路径上通过。制备方法可实现无机结构与含有锂盐的聚合物离子导体之间结合形成接触面。锂电池可包括电极层以及形成在电极层之上且面向所述固态电解质结构一侧的表面修饰层。表面修饰层的引入，既减少循环过程中锂的损失，提高首次充放电的库伦效率，提高能量密度，同时抑制电极与电解质接触界面之间不良副反应发生，提高电池安全性、循环稳定性及寿命。

【技术领域】

本发明涉及锂电池领域，特别涉及一种固态电解质结构及其制备方法，以及锂电池的结构设计。

【背景技术】

锂电池作为重要的能量储存单元，已经在电子产品、电动汽车、可再生能源存储等领域具有广泛的应用。现阶段已经商业化的传统液态电解质锂电池存在能量密度低、安全性差和充放电时间长等问题。相比之下，固态锂电池具有高安全性，长循环寿命，高比容量和高能量密度的特性，有望发展成为下一代商业化的锂电池。

正、负极材料与电解质均为固体的锂电池被称为全固态锂电池。全固态薄膜锂电池的单节电池厚度为微米级别，相比传统的锂电池，具有以下优势：1)能量密度更高。固态锂电池的电化学窗口达到5V以上，可以与高压电极材料进行匹配，大大提高了能量密度及功率密度，能量密度方面固态锂电一般是普通锂电池的两倍以上；2)更安全。全固态电池不会有电解质泄漏的隐患，并且它的不易燃物性和无机电解质使其热稳定性更强；3)固态锂电池的寿命也会比较长，固体电解质一般是单离子导体，几乎不存在副反应。使用固态电解质结构除了在大型电池方面具有显著优势外，在超微超薄电池领域也有相当大的潜力。

现今主流的固态电解质结构主要分为有机聚合物固态电解质结构和无机固态电解质结构两类。其中，有机聚合物电解质具有结构柔性、接触界面性能好等特性，但其室温锂离子电导率较低是制约其发展的瓶颈。而无机固态电解质结构具有锂离子电导率较高、高电压条件下结构稳定等特性，但其组装成固态电池后，电解质与电极间的界面阻抗较高且循环稳定性差，这是制约无机固态电解质结构发展的瓶颈。

近来，对于有机无机杂化固态电解质结构的研究开始逐渐增多，有机无机杂化固态电解质结构由无机填物、有机聚合物和锂盐组成。其可以同时兼顾有机聚合物固态电解质结构和无机固态电解质结构的特性，能够解决现今固态锂电池存在的问题，是固态电解质结构新的发展方向。

【发明内容】

为克服现有固态电解质结构锂电池存在的问题，本发明提供了一种新型的固态电解质结构及其制备方法，锂电池。

本发明解决技术问题的技术方案是提供一技术方案：一种固态电解质结构，所述固态电解质结构包括含有锂盐的聚合物离子导体以及全部或部分收容于所述含有锂盐的聚合物离子导体之内的无机结构，其中，所述含有锂盐的聚合物离子导体包括有机聚合物与含锂的电解质盐，所述无机结构与所述含有锂盐的聚合物离子导体之间具有多个接触面。

优选地，所述无机结构包括无机纳米球和/或无机纳米球，所述无机纳米球的粒径为1nm-50nm，所述无机纳米线的长度尺寸为300nm-1000nm。

优选地，所述无机纳米线为沿所述固态电解质结构的厚度方向规律排列于所述含有锂盐的聚合物离子导体之内。

优选地，所述无机结构包括无机多孔材料，所述无机多孔材料包括多个沿所述固态电解质结构的厚度方向排列多个孔道，所述含有锂盐的聚合物离子导体填充于所述孔道中；所述孔道的孔径为1nm至10μm。

优选地，所述无机结构包括无机柱状晶体，所述无机柱状晶体为沿所述固态电解质结构的厚度方向规律排列于所述含有锂盐的聚合物离子导体之内；所述无机柱状晶体的粒径大小为100nm-1000nm。