[发明专利]固体电解质及其制备方法、高镍三元全固态电池

说明书

本发明涉及一种固体电解质及其制备方法、高镍三元全固态电池，属于固体电池技术领域。本发明提供了一种固体电解质，所述固体电解质由60wt％～75wt％的聚合物基体、以及分散在聚合物基体中的10wt％～25wt％碱金属盐和0wt％～15wt％添加剂组成。该聚合物基体分子链结构中的式Ⅰ所示的结构单元、式Ⅱ所示的结构单元中含有碳酸酯键，式Ⅲ所示的结构单元含有酯键和醚键，能够络合和传递金属离子，该固体电解质能够耐4.5V以上的高电压，可用于多种电池，适用于对电解质要求比较高的高镍三元体系，有利于提升全固态电池能量密度。

技术领域

本发明涉及一种固体电解质及其制备方法、高镍三元全固态电池，属于固体电池技术领域。

背景技术

随着我国电动汽车的快速发展，对动力电池的安全性及能量密度提出了更高的要求。目前商业化的锂离子电池普遍采用易燃的液态电解液，安全风险高。以固态电解质取代原有的液态电解液是解决锂离子电池安全性能的有效手段，固态锂电池被业界认为最有可能推广应用的下一代高能量密度、高安全性的电池。

目前为止，以PEO为固态电解质的全固态锂电池的研究最为成熟。然而，PEO电解质耐电压窗口较低(小于4.0V)，只能用于磷酸铁锂体系。在法国Bluecar上商业化示范运营的全固态磷酸铁锂电池单体能量密度较低，低于220Wh/kg。为了进一步提升固态电池的能量密度，采用更高容量的正极材料成为首选。当前，在高容量的正极材料中，高镍三元材料使用最为广泛。

相对于磷酸铁锂全固态电池，制备高镍三元全固态电池存在如下几方面的难点：(1)高镍三元正极材料充电电压较高，一般在4.2V及以上，而传统的PEO基电解质耐电压能力小于4.0V，需要开发耐电压能力高于4.2V的电解质；(2)充电态(满电态)的高镍三元正极材料具有强化学氧化性，与它接触的电解质必须具有非常好的耐化学氧化性能。(3)常规耐高电压的电解质，在低电位区间相对不稳定，易与金属锂负极发生反应。

为解决上述问题，需要提供一种耐高电压的电解质。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种固体电解质，该固体电解质具有耐电压能力较高。

本发明的第二个目的在于提供一种固体电解质的制备方法，该方法操作简单，易实施。

本发明的第三个目的在于提供一种高镍三元全固态电池。

本发明的技术方案如下：

一种固体电解质，所述固体电解质由60wt％～75wt％的聚合物基体、以及分散在聚合物基体中的10wt％～25wt％碱金属盐和0wt％～15wt％添加剂组成；

所述添加剂为无机纳米颗粒、增塑剂或离子液体；

所述聚合物基体的分子链结构由式Ⅰ所示的结构单元和/或式Ⅱ所示的结构单元组成；

或者，所述聚合物基体的分子链结构由式Ⅰ所示的结构单元、式Ⅱ所示的结构单元中的一种或两种与式Ⅲ所示的结构单元组成，所述式Ⅲ所示的结构单元在聚合物基体中的质量百分含量W_Ⅲ为0wt％W_Ⅲ≤40wt％；

其中，

所述R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆和R₇各自独立地选自H或C₁～C₄的烷基；

所述R₈选自C₁～C₄的烷基；

所述n₁选自5～11的整数；