[发明专利]一种蒙脱石基复合固体电解质及固态锂电池

权利要求书

1.一种蒙脱石基复合固体电解质，其组成为：锂蒙脱石无机单离子导体、具有锂离子传输能力的聚合物、锂盐、耐高电压有机添加剂以及具有高粘结特性的聚四氟乙烯（PTFE）；其特征在于：所述蒙脱石基复合固体电解质是以锂蒙脱石无机单离子导体为电解质基体；锂蒙脱石无机单离子导体在电解质中的质量分数为30 %～70 %，具有锂离子传输能力的聚合物在电解质中的质量分数为5 %～30 %，锂盐在电解质中的质量分数为15 %～50 %，耐高电压有机添加剂在电解质中的质量分数为1 %～15 %，高粘结特性PTFE在电解质中的质量分数为1 %～5 %；所述具有锂离子传输能力的聚合物为聚醚类聚合物、聚碳酸酯类聚合物、聚硫醚类聚合物、聚胺类聚合物和聚丙烯腈类聚合物的一种；所述耐高电压有机添加剂包括：二甲磺酰甲烷（DMSM）、三烯丙基磷酸酯（TAP）、四甲基硼酸酯（TMB）、硼酸三甲酯（TB）、亚磷酸三甲酯（TMP）、碳酸亚乙烯酯（VC）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）、三氟代碳酸丙烯酯（TFPC）、全氟甲基碳酸乙烯酯（TFM-EC）、全氟丁基碳酸乙烯酯（PFB-EC）、全氟己基碳酸乙烯酯（PFH-EC）、全氟辛基碳酸乙烯酯（PFO-EC）、2,2,2-三氟代碳酸二乙酯（ETFEC）、2,2,2-三氟代碳酸乙丙酯（PTFEC）；

其中，蒙脱石基复合固体电解质的室温离子电导率达到10^-4 S cm^-1；

其中，蒙脱石基复合固体电解质的电化学窗口达到4.2～5.5 V；

其中，蒙脱石基复合固体电解质的室温离子迁移数达到0.5。

2.根据权利要求1所述的蒙脱石基复合固体电解质，其特征在于，所述锂盐为高氯酸锂（LiClO₄）、六氟砷酸锂（LiAsF₆）、四氟硼酸锂（LiBF₄）、六氟磷酸锂（LiPF₆）、双三氟甲基磺酰亚胺锂（LiTFSI）、双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）、三氟甲基磺酸锂（LiCF₃SO₃）、双草酸硼酸锂（LiBOB）、二氟草酸硼酸锂（LiDFOB）其中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的蒙脱石基复合固体电解质的制备方法：其特征在于采用溶液浇铸结合热压法：首先，在氩气手套箱中将锂蒙脱石无机单离子导体、具有锂离子传输能力的聚合物和锂盐溶解在乙腈中，搅拌10～48 h 得到均匀的粘稠溶液，然后将该溶液浇铸到聚四氟乙烯模具中，室温干燥20～50 h，30～90 ℃真空干燥24～72 h除去残留溶剂，得到聚合物/锂蒙脱石固体混合物；之后，在上述混合物中添加耐高电压有机添加剂和具有高粘结特性的PTFE，并将其充分混合均匀后，25～60 ℃温度下，经3～15MPa压制5～30 min，得到复合固体电解质膜。

4.一种采用权利要求1所述的蒙脱石基复合固体电解质组装固态锂电池的方法，其特征在于：锂电池由正极、负极和介于正极与负极间的蒙脱石基复合固体电解质构成；正极包括：正极集流体、正极活性材料、正极导电剂、粘结剂；负极为金属锂。

5.如权利要求4中所述的组装固态锂电池的方法，其特征在于所述正极活性材料为磷酸铁锂LiFePO₄、锰酸锂LiMn₂O₄、钴酸锂LiCoO₂、磷酸锰铁锂LiFe_0.2Mn_0.8PO₄、镍酸锂LiNiO₂、镍锰酸锂LiNi_0.5Mn_1.5O₄、镍钴锰三元材料或富锂锰基正极材料中的一种。