[发明专利]一种硫化物全固态电解质复合隔膜及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种硫化物全固态电解质复合隔膜及其制备方法，该类硫化物全固态电解质复合隔膜是由纳米纤维、硫化物全固态电解质以及其他高分子材料组成。首先将高分子材料加入到溶剂中配置成浆料；然后将纳米纤维加入到浆料中高速搅拌分散；最后将硫化物全固态电解质加入到上述浆料中超声波搅拌分散形成混合浆料，经涂布、干燥、剥离、辊压后形成具有三维支架的硫化物全固态电解质复合隔膜。本发明通过将高离子电导率的硫化物全固态电解质均匀附着在纳米纤维上形成三维支架，不但具有较大的机械强度且厚度均匀，经过辊压后缩短锂离子在电解质层中的传输路径，实现固态电解质在室温下具有高的离子电导率、明显改善电池的电化学性能，且易于实现工业化生产，可用于大容量、高功率高能量密度的锂离子全固态电池。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种硫化物全固态电解质复合隔膜及其制备方法。

背景技术

由于锂离子电池具有能量密度大、循环寿命长、工作电压高等优点，被广泛用于数码电子产品。近年来迫于环境、资源方面的压力在全球范围内掀起电动汽车的热潮，锂离子电池被用来作为混合动力汽车、纯电动汽车的动力电源储能设备。传统采用液态电解质的锂离子电池对水分敏感，易燃，易引起爆炸，使得锂离子电池的安全性和可靠性受到质疑。为了解决传统锂离子电池的安全性问题，全固态电池成为研究热点。该类电池的工作原理与传统锂电相同，只是采用固态电解质取代也态电解质和隔膜。与传统液态电池相比，全固态电池具有以下几方面的优势：（1）具有优良的安全性能，无电解液泄露的隐患，不易起火爆炸；（2）具有更高的质量能量密度和体积能量密度，有利于电动汽车实现更长的续航能力；（3）更宽的温度使用范围，满足电池在更多种环境下使用；（4）较宽的电化学窗口，即使在5V电压下，电解质依然可以稳定工作。因此全固态锂离子电池具有非常美好的应用前景。

固态电解质作为全固态电池的核心部分，他实现正负极活性物质之间锂离子的传递，同时作为隔膜分隔正负极防止内部短路。硫化物固态电解质具有和液态电解质相当的锂离子电导率，但是目前传统的电池生产工艺不适用硫化物全固态电池的生产，尤其是单体容量大的硫化物全固态电池。这是由于在生产过程中很难控制电解质材料的厚度均匀分布，同时粘结剂的使用会极大地降低硫化物固态电解质的离子电导率。同时硫化物固态电解质作为无机物自身较脆的特性导致电解质不具有良好的柔韧性和机械强度，这都严重影响硫化物全固态电解质的工业化生产应用。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种硫化物全固态电解质复合隔膜，该复合隔膜是将超高离子电导率的硫化物全固态电解质均匀附着在纳米纤维三维支架上，不但具有较大的机械强度厚度均匀，经过辊压后缩短锂离子在电解质层中的传输路径，实现固态电解质在室温下具有高的离子电导率、明显改善电池的电化学性能，且易于实现工业化生产，可用于大容量、高功率高能量密度的锂离子全固态电池。

本发明的另一目的在于提供一种上述硫化物固态电解质复合隔膜的制备方法。

本发明提供的硫化物全固态电解质复合隔膜，由纳米纤维、硫化物全固态电解质以及其他高分子材料组成。其中：所述高分子材料为PVDF、BR、NBR、SBR中的一种；所述溶剂为NMP、二甲苯、甲苯、正庚烷中的一种；所述纳米纤维为PP、PET、PE、黏胶、无机纤维或植物纤维中的一种；所述硫化物全固态电解质为：80Li₂S-20P₂S₅、75Li₂S-25P₂S₅、70Li₂S-30P₂S₅、Li_3.25Ge_0.25P_0.75S₄（LGPS）中的一种。

本发明提供上述硫化物固态电解质复合隔膜的制备方法，具体步骤为：

（1）将所述高分子材料加入到溶剂中搅拌使溶解，得到澄清透明的高分子材料溶液；