[发明专利]固态电解质及其制备方法和包含该固态电解质的固态电池

说明书

本发明公开了一种固态电解质及其制备方法和包含该固态电解质的固态电池，该固态电解质包括正极界面层、中间层和负极界面层。本申请提供的上述方案，多层结构以及设计不同层间的梯度设计使得不同层拥有不同的性质，发挥不同的作用，降低了界面阻抗，实现良好的正、负极与电解质之间的接触，使得固态电池在室温下依然保持较好的性能发挥。通过调节原料相对质量比，界面层表现出较好的粘弹性，充当中间层与电极之间的“粘结剂”提供优良的界面接触。同时，相较于常用的粘结剂，界面层中的锂盐、无机成分与助剂又可以提供一定的离子电导，提升电池性能，而中间层则提供强大的机械支撑与极佳的离子传输性能。

技术领域

本发明涉及固态电池技术领域，具体涉及一种固态电解质及其制备方法和包含该固态电解质的固态电池。

背景技术

近年来，随着科技的发展，对能源尤其是可再生绿色能源的需求越来越突出，电池作为能量的储存和转换装置正发挥着不可替代的作用。锂离子电池因其具有很高的质量比能量和体积比能量，吸引了广泛的关注。

目前已商品化的锂离子电池的内部结构通常包括：正极和负极以及含有锂盐的液态电解质和隔离正负极的离子交换膜组成。众所周知，大量的有机液态电解液的存在，不仅增加了电池漏液的风险，而且将加速电池在滥用条件下热失控的速率，进而引起电池起火或爆炸，存在严重的安全隐患。为此，采用固态电解质作为锂离子电池的电解质是提高电池安全性的重要方法。

现在主要研究固态电解质的有聚合物电解质、氧化物电解质以及硫化物电解质。其中聚合物电解质虽然全性较高，但是室温离子电导率过低，电池工作温度较高(60℃-85℃)，且电化学稳定性窗口低，难以应用于高压正极材料；氧化物电解质虽然可以通过元素替换和异价元素掺杂等实现较好的室温离子导电性，但其本身脆性较大，难以制备大规模电池，且电解质不同电极间的颗粒接触性差，界面阻抗较大，工作温度亦较高；硫化物电解质虽然拥有较好的室温离子电导率，但制备、使用环境要求极其严格，成本较高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种固态电解质及其制备方法和包含该固态电解质的固态电池，该固态电解质不但室温电导率优良、界面性能优异，而且电化学稳定性好、制备简单。

本发明提供了一种固态电解质，包括正极界面层、中间层和负极界面层，所述正极界面层、中间层以及负极界面层分别由不同质量份数的无机粉料、锂盐和聚合物组成。

进一步地，所述正极界面层按质量份数计包括：0～50质量份的无机粉料、10～20锂氧比对应质量的锂盐以及50～100质量份的聚合物；所述中间层按质量份数计包括：20～80质量份的无机粉料、10～20锂氧比对应质量的锂盐以及20～80质量份的聚合物；所述负极界面层按质量份数计包括：0～80质量份的无机粉料、10～20锂氧比对应质量的锂盐以及20～100质量份的聚合物。

进一步地，所述无机粉料为惰性填料纳米SiO₂、Al₂O₃、TiO₂颗粒、BaTiO₃、分子筛中的一种或几种，或者为活性填料LiAlO₂、LLZTO、LAGP、LLTO、LGPS中的一种或几种；所述锂盐为高氯酸锂、六氟磷酸锂或双草酸硼酸锂、草酸二氟硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双丙二酸硼酸、丙二酸草酸硼酸锂中的一种或几种；所述聚合物为聚甲醛、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氧化乙烯或聚环氧丙烷中的一种或几种。

进一步地，所述聚合物分子量为10000～1000000。

进一步地，还包括助剂，所述助剂为甲氧基聚乙二醇硼酸酯、甲氧基聚乙二醇铝酸酯、丁二腈、碳酸乙烯亚乙酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、四乙二醇二甲醚中的一种或几种。

进一步地，还包括溶剂，所述溶剂为乙腈、四氢呋喃、去离子水、丙酮、甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基二酰胺、乙酸乙酯、环丁砜中的一种或几种。