[发明专利]一种结构可控的三维复合固态电解质及其制备方法

说明书

本发明涉及的是一种结构可控的三维复合固态电解质及其制备方法，属于锂离子电池固态电解质技术领域。三维复合固态电解质由无机固态电解质骨架、聚合物电解质和锂盐组成，无机固态电解质骨架、聚合物电解质和锂盐的质量比例为0.15～0.85：0.15～0.85：0.05～0.15。本发明以结构经过精确设计的多孔聚合物骨架为模板实现无机固态电解质的结构控制，从而实现Li⁺传输路径的精确控制，有利于获得高离子电导率的固态电解质，所得固态电解质离子电导率达10^‑4S·cm^‑1。本发明涉及的复合固态电解质原料简单、品种多、可选择性强并且廉价易得；本发明涉及的复合固态电解质性能可控、形状尺寸可控、弹性和韧性好、成本低等优点；本发明涉及的复合固态电解质不漏液、不易燃、安全性高。

技术领域

本发明涉及的是一种结构可控的三维复合固态电解质及其制备方法，属于锂离子电池固态电解质技术领域。

背景技术

高性能、安全并且经济的能量储存方式是目前许多领域的追求目标，人们将希望寄托于迅速发展的二次锂离子电池及新材料。随着对锂离子电池安全性和高能量密度要求的不断提升，人们将目光逐渐转向全固态锂离子电池。用固态电解质代替传统液体电解质是获得高能量密度、安全性和长循环寿命的全固态锂离子电池的根本途径。

固态电解质包括胶态聚合物电解质、全固态聚合物电解质以及无机固态电解质。胶态聚合物电解质仍含有大量液体溶剂，无法彻底解决电池的安全性问题；全固态聚合物电解质通常由极性高分子和金属盐络合而成，因其具有高的安全性、力学柔性、黏弹性、易成膜、形状可调、比重轻、成本低等诸多优点，被认为是下一代高能存储器件用最具潜力的电解质之一。但是，聚合物固态电解质室温离子电导率较传统液态电解质低几个数量级，严重影响了其在锂离子电池中的应用。无机固态电解质室温离子电导率高，但和活性物质之间存在严重的界面问题，商业化困难。将聚合物电解质和无机固态电解质进行复合制备复合固态电解质可以集中二者优势，达到改善综合性能的目的。由于无机固态电解质表面为Li⁺传输的快速通道，因此无机固态电解质的结构以及在聚合物电解质中的分散情况对于Li⁺传输速度具有重要影响。现有技术中由聚合物电解质和无机固态电解质复合制备的复合固态电解质中无机固态电解质以形貌不均一的微米级颗粒形式存在，通常情况下无机固态电解质颗粒均经过高温烧结，难以在聚合物电解质中均匀分散，更加无法实现对无机固态电解质结构和排列的控制，因此所制备的复合固态电解质离子电导率仍然较低，产品性能之间差异明显，无法实现批量化生产和实际应用。

发明内容

本发明的目的在于针对目前聚合物固态电解质离子电导率低的问题，提供一种结构可控的三维复合固态电解质及其制备方法，目的在于实现Li⁺的快速传输路径的可控，提高固态电解质的离子电导率，改善界面问题，为全固态电池的制备奠定基础。

为此，本发明提供一种结构可控的三维复合固态电解质，其由无机固态电解质骨架、聚合物电解质和锂盐组成。

优选的，无机固态电解质骨架为氧化物无机固态电解质中的一种或多种，无机固态电解质骨架通过模板法制备而成。

优选的，聚合物为聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚二甲基硅氧烷中的一种或多种。

优选的，锂盐为LiClO₄、LiPF₆、LiAsF₆、LiBF₄、LiAlCl₄、LiSCN、LiTaF₆、LiSnF₆、LiGeF₆、LiCF₃SO₃、LiN(SO₂CF₃)₂、LiTFSI、LiTf中的一种或多种。