[发明专利]一种光固化固态复合电解质及其制备方法

说明书

本发明涉及一种光固化固态复合电解质及其制备方法，属于碱金属电池的技术领域。所述电解质由聚合物预聚体、光引发剂、无机固态电解质、盐和离子液体经避光混匀后，在惰性气氛下紫外光固化制得。所述电解质在制备过程中因无机固态电解质的重力沉降作用，具有梯度分布特征，可解决PEO直接与正极接触易被氧化的缺点，同时可调节电池电解质中以及金属负极表面的金属离子分布，与碱金属负极及正极具有良好的相容性，在恒电流极化中展现出较低的过电势和长期的循环稳定性；所述电解质与电极界面阻抗较小，且几乎不随着电池放置时间的增加而增大；所述方法制备过程简单，使用常规设备，原材料易得，且安全无污染，适合大规模批量生产。

技术领域

本发明涉及一种光固化固态复合电解质及其制备方法，所述电解质具有抑制金属锂和金属钠枝晶的生长，以及改善固态电解质内部及其与金属负极间的界面相容性的能力，属于碱金属电池的技术领域。

背景技术

金属锂具有高的理论容量，被认为是很有前途的负极材料。金属钠具有较高的理论容量(1165mAh/g)，其电极电势比锂高300mV，也是十分理想的负极材料。然而电池充放电循环过程中，枝晶的形成和低的库伦效率等问题严重阻碍金属锂电池和金属钠电池的商业化。无机固态电解质具有抑制枝晶的作用，但是无机固态电解质与界面相容性差，界面阻抗大。引入聚合物可以增强固态电解质的柔韧性，降低界面阻抗。添加适量的离子液体，可以增加固态电解质内部及其与金属负极间的界面相容性，进一步降低阻抗。

目前，采用一种高离子电导率的有机-无机固态复合电解质控制枝晶的生长兼有与电极间界面具有良好的相容性是一个热门的研究方向。清华张强课题组报道了聚环氧乙烷(PEO)-掺铝锂镧锆钽氧(Al-doped Li_6.75La₃Zr_1.75Ta_0.25O₁₂)复合电解质，离子电导率为5×10^-4S·cm^-1(25℃)。北京科技大学范丽珍课题组报道了热压法制备的PEO-锂镧锆钽氧(Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂)有机无机复合电解质，离子电导率为0.24×10^-5S·cm^-1(25℃)。清华深圳研究院贺艳兵课题组报道了双重PEO协同效应的PEO-锂镧锆氧(LLZO)电解质固体电解质界面膜(SEI)膜，制备了低阻抗集成式全固态锂电池，在0.1C条件下，循环80周比容量高达158.7mAh·g^-1。

利用无机固态电解质与聚合物复合制备的有机-无机固态复合电解质，电解质与的柔韧性得到了增强。但是制备的固态复合电解质无机-有机均一，其中无机组分与负极侧界面接触阻抗较大，而正极侧，PEO与正极接触易被氧化(PEO分解电压为3.9V)，限制了固态复合电解质的使用范围。同时现有的有机-无机固态复合电解质制备方法，如溶剂挥发法、热压法等具有能耗大，环境污染较大的缺点。

发明内容

针对现有金属锂电池和金属钠电池在充放电循环过程中存在枝晶形成和低库伦效率等问题，本发明的目的之一在于提供一种光固化固态复合电解质，所述电解质通过引入离子液体增加固态电解质内部及其与金属负极间的界面相容性，进一步降低阻抗，具有高的离子电导率，能抑制枝晶的产生。

本发明的目的之二在于提供一种光固化固态复合电解质的制备方法，所述方法制备过程简单，原料易得且安全无污染，适合大规模批量生产。

为实现本发明的目的，提供以下技术方案。

一种光固化固态复合电解质，所述电解质由聚合物预聚体、光引发剂、无机固态电解质、盐和离子液体，经避光混匀后，在惰性气氛下紫外光直接固化制备得到；

所述聚合物预聚体为聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)，数均分子量(Mn)为100～1000；