[发明专利]复合固态电解质、其制备方法及包含其的锂二次固态电池

说明书

本发明提供了一种复合固态电解质、其制备方法，以及包括该复合固态电解质的锂二次固态电池。所述复合固态电解质包含：聚合物基体、无机固态电解质填料、锂盐以及离子液体；其中，以所述复合固态电解质的总质量计，所述聚合物基体的质量含量为10％～40％；所述锂盐的质量含量为15％～60％；所述无机固态电解质填料的质量含量为2％～10％；所述离子液体的质量含量为20％～50％，所述复合固态电解质厚度为80～200μm之间，组装电池后在20～50MPa压强下厚度压制为20～50μm。所述锂二次固态电池的正极和负极均不包含集流体。

技术领域

本发明属于二次电池技术领域，特别涉及一种复合固态电解质，其制备方法，以及包括该电解质的锂二次固态电池。当在不包含集流体的正极与不包含集流体的负极之间插入所述固态电解质，并且对正极/固态电解质/负极的层叠体加压时，压力能够减小处于正极和负极之间的复合固态电解质层的厚度，从而与无集流体电极配合组装成高能量密度固态电池；在施加压力的过程中，所述固态电解质能够渗出液态电解质，润湿界面，改善电极与固态电解质的界面问题，减小界面阻抗，从而达到提高固态电池的能量密度和循环寿命的目的。

背景技术

随着电动汽车、储能电站等领域的不断发展和普及，人们对化学储能技术提出了更高的要求。就目前而言，高能量密度是储能技术发展的关键，尤其是电动汽车领域。然而，高能量密度意味着锂离子电池不仅须匹配更高电压的正极、高容量的负极和耐高压电解液，同时必须确保电池的安全性，而有机电解液自身的易燃、易爆、电化学窗口窄等短板极大限制了锂电池向高能量密度的发展。因此，用固态电解质代替液体电解质获得高能量密度、安全性和长循环寿命的全固态锂电池是解决安全问题的根本途径。

由固态电解质衍生的全固态锂电池，减少了由于液态电解液产生的副作用，提高电池的安全性和服役寿命，但是固体特性使得电极/电解质的固-固界面的相容性不佳，界面阻抗太高严重影响了离子的传输，最终导致固态电池的循环寿命低、倍率性能差。

改善传统解决固态电池界面问题的方法一般有两种：

一种是在传统电极材料里面加入锂盐和聚氧化乙烯(PEO)等成分，制备成复合电极，从而增强离子电导，改善界面问题。但该种电极材料的制备操作复杂，要求严格，不适合大规模普及。

第二种方法是在常规电极材料和固态电解质之间加入常规电解液(1M LiPF6/碳酸乙烯酯(EC)+碳酸丙烯酯(PC))等液体成分，改善界面问题，但由于电解液与电极材料之间的副反应，使得容量的不可逆衰减较为严重，循环稳定性差。

发明内容

技术问题

有鉴于此，本发明通过提供一种复合固态电解质，其制备方法，以及包括其的锂二次电池。在所述复合固态电解质层的制备过程中，在压力的作用下，能够减小复合固态电解质的厚度，提高能量密度；同时渗出液体成分，改善电极与固态电解质的界面问题，减小界面阻抗，从而达到提高固态电池的能量密度和循环寿命的目的。

技术方案

根据本发明的第一方面，提供了一种复合固态电解质，其包含：聚合物基体、无机固态电解质填料、锂盐以及离子液体；其中，以所述复合固态电解质的总质量计，所述聚合物基体的质量含量为10％～40％，优选15％～35％；所述锂盐的质量含量为15％～60％，优选20％～50％；所述无机固态电解质填料的质量含量为2％～10％，优选3％～8％；所述离子液体的质量含量为20％～50％，优选25％～40％。

优选地，所述聚合物基体为选自聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)、聚氧化乙烯(PEO)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚环氧丙烷(PPO)、聚偏氯乙烯中的一种或多种的混合物。