[发明专利]一种固态电解质及固态锂离子电池

说明书

为克服现有固态电解质存在锂枝晶的问题，本发明提供了一种固态电解质，其特征在于，包括聚合物和添加剂，所述添加剂包括以下结构式1所示的化合物：其中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆各自独立地选自氢、氟或含1‑5个碳原子基团。同时，本发明还公开了包括上述固态电解质的固态锂离子电池。本发明提供的固态电解质能够在充放电的过程中抑制锂枝晶的生长，提升循环性能。

技术领域

本发明属于二次电池技术领域，具体涉及一种固态电解质及固态锂离子电池。

背景技术

相比于铅酸、镍铬电池等传统电化学能源器件，锂离子电池因具有能量密度高、工作电压高、无记忆效应、循环寿命长和环境友好等优点，已是运用最广泛的商业储能体系。虽然传统的液态锂离子电池具备良好的离子导电率和浸润性，但同时也存在着热稳定性差、易燃、易漏液等安全问题。当前石墨为负极的锂离子电池体系经过多年量产优化，能量密度已经很难超过300Wh/kg，难以满足市场对高续航里程的要求。因此高理论能量密度的锂金属负极电池，如Li-S及Li-O₂体系等，高镍、高电压三元正极材料配备硅、硅碳负极锂离子电池进入视线。然而，一方面传统的有机系液态电解液容易在锂金属表面的分解，导致电池寿命的缩短；同时液态电解液无法有效抑制锂枝晶的生长，进而带来电池的短路，热失控甚至引起火灾及爆炸的问题，另一方面电极材料在使用中的体积膨胀等问题都对电池的设计提出了挑战。

具有更高的能量密度和优异的安全性能的固态电解质成为代替液态电解质解决上述解决问题的潜在最佳方法。聚合物固态电池与电极材料界面接触良好，同时兼容现有的锂离子电池生产设备，是最有可能实现规模化应用的固态电池体系。但聚合物电解质使用相对柔性的有机物，锂电池中电极与电解质的界面接触相对较好，但存在离子电导率低，不能抑制锂枝晶的问题。当制备过程金属锂负极存在缺陷或不均匀或界面接触不好时，均会引起锂枝晶的产生，造成电池循环性能衰减及失效，同时良品率下降。

因此，亟需开发一种能够耐受金属锂的缺陷，提升电池良品率和寿命的聚合物固态电解质。

发明内容

针对现有固态电解质存在锂枝晶生长导致电池循环性能衰减及失效的问题，本发明提供了一种固态电解质及固态锂离子电池。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种固态电解质，包括聚合物和添加剂，所述添加剂包括以下结构式1所示的化合物：

其中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆各自独立地选自氢、氟或含1-5个碳原子基团。

可选的，所述添加剂分散于固态电解质的表面和内部。

可选的，所述含1-5个碳原子的基团选自烃基、氟代烃基、含氧烃基、含硅烃基或含氰基取代的烃基。

可选的，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆各自独立地选自氢、氟、甲基、乙基、三甲基硅氧基、氰基或三氟甲基。

可选的，所述结构式1所示的化合物选自于如下所示化合物中的一种或多种：

可选的，以所述固态电解质的总质量为100％计，所述结构式1所示的化合物的质量百分含量为0.01～20％。

可选的，以所述固态电解质的总质量为100％计，所述结构式1所示的化合物的质量百分含量为0.01～10％。