[发明专利]一种复合固体电解质及应用、全固态锂金属电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种复合固体电解质及应用、全固态锂金属电池及其制备方法，属于电池材料领域。本发明提供的复合固体电解质的导锂通道从单一的LAGP陶瓷导锂转向聚合物与LAGP双向同时导锂，提升了锂离子扩散速率，减少了电解质与锂金属的副反应，稳定锂金属与电解质界面反应，防止枝晶生长连接正负极造成短路，防止锂枝晶刺穿隔膜引起短路，提升了电池的容量保持效率，延长了电池的循环寿命，且在不同使用温度下仍能保持稳定的性能，同时，复合固体电解质的厚度可依照需求调节。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种复合固体电解质复合固体电解质及应用、全固态锂金属电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池(LIBs)是使用最广泛的储能设备，对我们的日常生活产生了很大的影响。但是石墨负极的理论容量只有372mA h·g^-1，这极大地限制了LIBs在高能量存储领域的应用。金属锂负极以其十倍于传统石墨负极的理论容量(3860mA h·g^-1)和最负的电势(-3.045V)，使得锂金属电池成为下一代储能设备中最有希望的候选者。由于锂金属存在枝晶生长、高反应性、无限的体积变化，锂金属负极在循环充放电的过程中会引起严重的安全问题和较差的循环性能。这些问题限制了LMBs的商业应用。科学家们对此提出许多改性方法，包括电解液添加剂、人造SEI膜、固态电解质、结构化负极等，这些方法在一定程度上抑制了枝晶生长，但是仍存在锂离子扩散速率低、电池循环寿命短的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种复合固体电解质及应用、全固态锂金属电池及其制备方法。本发明提供的复合固体电解质的导锂通道从单一的LAGP陶瓷导锂转向聚合物与LAGP双向同时导锂，提升了锂离子扩散速率，延长了电池的循环寿命。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种复合固体电解质，包括LAGP粉末、聚苯胺和双三氟甲基磺酰亚胺锂，所述LAGP粉末由包括Li₂CO₃、GeO₂、Al₂O₃和NH₄H₂PO₄的原料烧结得到。

优选地，所述复合固体电解质中LAGP粉末的质量含量为60～70％，所述聚苯胺和双三氟甲基磺酰亚胺锂的摩尔比为8～8.5：1。

优选地，所述Li₂CO₃、GeO₂、Al₂O₃和NH₄H₂PO₄的质量比为5:2:11:20。

优选地，所述LAGP粉末由包括以下步骤的方法制备得到：

将Li₂CO₃、GeO₂、Al₂O₃和NH₄H₂PO₄混合后依次进行第一球磨和第一烧结，得到第一烧结产物；

将所述第一烧结产物依次进行第二球磨和第二烧结，得到第二烧结产物；

将所述第二烧结产物依次进行第三球磨和第三烧结，得到所述LAGP粉末。

优选地，所述第一球磨的时间为6h，所述第二球磨和第三球磨的时间均为2h。

优选地，所述第一烧结的温度为600℃，时间为1h。

优选地，所述第二烧结和第三烧结的温度均为900℃，时间均为6h。

本发明还提供了上述技术方案所述的复合固体电解质在全固态锂金属电池中的应用。