[发明专利]一种固态电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种固态电池及其制备方法。该固态电池包括正极、负极和设于正极、负极之间的电解质膜，所述电解质膜包括与正极贴合的正极侧电解质膜和与负极贴合的负极侧电解质膜，正极侧电解质膜含有无机固态电解质和聚合物电解质，其中无机固态电解质的质量含量不少于80％，负极侧电解质膜中聚合物电解质的质量含量不少于80％。本发明提供的固态电池，对正极侧电解质膜、负极侧电解质膜进行差异化设计，在实现不同性能侧重的基础上，提升正极侧电解质耐高电压能力与负极侧电解质缓解体积膨胀和抵抗锂枝晶能力，进而有助于提升电池的能量密度和循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种固态电池及其制备方法。

背景技术

新能源汽车的发展对于缓解环境污染问题和能源危机具有重要意义，作为能量来源的动力电池对新能源汽车的性能起着决定性作用。锂离子电池由于具有高能量密度、高功率密度、长寿命、无记忆效应等优点成为了新能源汽车电池的首选。

新能源汽车的快速发展对动力电池系统的安全性和能量密度等性能提出了更高的需求，目前主流动力电池使用的液态锂离子电池由于含有液态有机电解液，存在一定的安全隐患，并且其耐压窗口有限，限制了锂离子电池能量密度的进一步提升。

固态电池采用固体电解质来替代传统有机液体电解质，相比于传统液态锂离子电池，其减少了电解液、隔膜的使用，不仅避免了电解液泄露等安全问题，而且由于固态电池能够采用堆栈式设计，简化了电池构造，比使用有机电解液的电池具有更高的能量密度，固体电解质不会挥发且不易燃，提高了锂离子电池的安全性能。

由于固态电池的正极、负极充放电反应的不同，应用于固态电池的电解质膜往往需要满足多方面的综合性能，如需高压来满足高电压正极材料的应用需求，需具备一定的柔韧性来抑制锂枝晶和缓解负极体积膨胀，需要较高的离子电导能力来提高循环性能和倍率性能，针对上述要求，电解质膜往往需要差异化设计来同时满足上述需求。

公布号为CN107732297A的专利申请公开了一种高电压固态锂电池，包括正极、负极和复合于正极、负极之间的电解质膜，电解质膜为三层结构，包括负极侧电解质、中间层电解质以及正极侧电解质，负极侧电解质采用与电极界面相容性优异的聚合物电解质，正极侧的电解质采用耐高电压的聚合物电解质，中间层采用离子电导率高的聚合物电解质或者无机电解质。该固态电池的复合电解质膜虽然能够兼顾正极耐高压、负极抑制锂枝晶的作用，但由于聚合物电解质的常温电导率较低，导致离子传输能力较差，电池的能量密度、循环性能、倍率性能仍有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固态电池，从而解决现有固态电池的界面电阻大、电解质耐高电压与抵抗负极体积膨胀和锂枝晶能力差的问题。

本发明还提供了上述固态电池的制备方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种固态电池，包括正极、负极和设于正极、负极之间的电解质膜，所述电解质膜包括与正极贴合的正极侧电解质膜和与负极贴合的负极侧电解质膜，正极侧电解质膜含有无机固态电解质和聚合物电解质，其中无机固态电解质的质量含量不少于80％，负极侧电解质膜中聚合物电解质的质量含量不少于80％。

本发明提供的固态电池，对正极侧电解质膜、负极侧电解质膜进行差异化设计，正极侧电解质膜中无机固态电解质的含量高，可以挥发无机固态电解质耐高电压、高离子电导的特性，负极侧电解质膜中聚合物电解质的含量高，可以发挥聚合物电解质与电极的相容性好，能够抑制锂枝晶、缓解负极体积膨胀的特性。正极侧电解质膜、负极侧电解质膜均可以含有无机固态电解质和聚合物电解质，在实现不同性能侧重的基础上，可以利用两种电解质的协同提高离子电导能力，正极侧电解质膜、负极侧电解质膜的性质相近，相容性良好，有助于降低离子传导内阻，优化离子电导能力，进而有助于提升电池的能量密度、循环性能和倍率性能。