[发明专利]一种固态复合电解质膜及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种固态复合电解质膜及其制备和应用，所述固态复合电解质膜包括无机固态电解质、有机电解质及聚合物电解质，其制备是由无机固态电解质Li_1+xAl_xTi_2–x(PO₄)₃(其中，0＜x＜1)、有机电解质和聚合物电解质聚氧乙烯(PEO)按照一定比例混合制成。本发明制备得到的固态复合电解质膜是无机有机复合电解质膜，优选用于全固态锂离子电池的电解质，本发明的固态复合电解质膜不但具有较高的机械强度，导电性能良好，而且使得锂在金属锂上的沉积和脱出更加均匀，能够很好地阻挡锂枝晶的产生，用该电解质膜制备的电池放电比容量高、倍率性能好。

技术领域

本发明属于锂离子二次电池电解质材料领域，特别涉及一种机械性能好、电导率良好的全固态锂离子电池电解质及其制备和应用。

背景技术

全固态锂离子电池作为一种新型绿色二次电池，具有体积小、质量轻、循环寿命长、自放电小、无记忆效应等优点，得到广泛应用。近年来，随着手机、笔记本快速发展，以及电动、混合动力汽车的需求，对电池的能量密度和安全性能提出了更高的要求。电解质作为正负极之间锂离子传导的媒介在锂离子电池中发挥着重要的作用。近些年的研究中，研究者希望从正负极材料方面着手提高锂离子电池的性能，却鲜有人尝试利用新型电解质来改善电池性能。

在传统的锂离子电池电解质由锂离子的小分子锂盐和溶剂组成。LiPF₆-EC/DMC中表现出优异的电化学性能，被认为是锂离子电池中电解质的标准，成为目前商业电解质的主导。但其缺点同样不可忽视，它易燃、易泄露、形成锂离子枝晶及SEI膜等问题。目前，锂离子电池事故频发，大部分灾难性的电池事故是从电解质的燃烧开始的。因此，以全固态电池为代表的安全性能更高的锂离子电池成为当今研究的热点。电动车和手机的下一代锂电池将会选择能量密度更高和安全性更好的全固态锂离子电池。与传统的LiPF₆-EC/DMC电解质相比，固态电解质可以抑制电池工作中锂枝晶的产生，减少短路的可能性。

固态电解质主要分为无机固态电解质、固态聚合物电解质以及复合固态电解质。传统的固态聚合物电解质常温电导率低、电化学窗口窄。无机固态电解质则是柔性差、具有较大的界面阻抗。作为二者的结合，复合固态电解质不仅具有柔性，并且在相对低温下具有良好的电导率，具有广阔的研究前景。

因此，亟需一种机械性能良好、电导率良好的固态复合锂离子电池电解质膜以及制备方法以满足市场和产业化的需要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：将无机固态电解质Li_1+xAl_xTi_2–x(PO₄)₃(LATP)、有机电解质和聚合物电解质聚氧乙烯(PEO)按照一定比例混合，其中0＜x＜1，制备得到了无机有机复合固态电解质膜。本发明制备得到的固态复合电解质膜不但具有较高的机械强度，导电性能良好，而且使得锂在金属锂上的沉积和脱出更加均匀，能够很好地阻挡锂枝晶的产生，并且用该电解质膜制备的电池放电比容量高。此制备方法条件简单，对生产的设备需求低，从而完成本发明。

本发明的目的在于提供以下方面：

(1)一种固态复合电解质膜，由无机固态电解质、有机电解质以及聚合物电解质组成，所述无机固态电解质为Li_1+xAl_xTi_2–x(PO₄)₃(LATP)，其中，0＜x＜1，优选为x为0.3；所述有机电解质为有机锂硼盐；所述聚合物电解质为聚氧乙烯PEO、聚偏氟乙烯PVDF、聚丙烯腈PAN，优选为PEO，进一步优选地，所述PEO的分子量为10⁵～10⁷，更进一步优选地，其分子量为10⁶。

(2)一种固态复合电解质膜的制备方法，包括以下步骤：