[发明专利]复合薄膜固体电解质及其制备方法与应用

说明书

本发明属于锂离子电池领域，提供了一种复合薄膜固体电解质的制备方法与应用。所述复合薄膜固体电解质包括由电解质源陶瓷靶材与锂源添加剂靶材在惰性气氛或氮源气氛中进行共溅射处理沉积生长的多相复合电解质薄膜；或包括电解质源陶瓷膜层和与所述电解质源陶瓷膜层一表面结合的锂源添加剂膜层，且由所述电解质源陶瓷膜层与锂源添加剂膜层构成基本单元，由所述电解质源陶瓷膜层至锂源添加剂膜层延伸方向，所述基本单元依次层叠结合。所述复合固态电解质薄膜具有界面电阻小，电位窗口宽，离子电导率高，电子电导率低等优点，其制备方法工艺简单，效果显著，是一种理想的固态电解质材料。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种复合薄膜固体电解质及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池作为一种新型的绿色能源，因其工作电压高、环保无污染、质量轻、无记忆效应等优点而广泛应用于多个领域，如移动电源、手机、笔记本电脑、电动汽车等。同时随着国家对新能源汽车产业的大力扶持，锂离子电池的市场需求也越来越大。传统液态锂离子电池由于存在严重的安全隐患成为行业研究的热点，其组成中包含了易燃的有机液态电解质，正因为热稳定性差和低着火点的有机电解液质的存在，当锂电池不正当使用时极易引起着火和爆炸事故。虽然开发新型阻燃材料和设计更安全的电池管理系统能在一定程度上解决部分问题，但仍无法满足市场对高能量密度锂电池的应用要求，特别是快速发展的电动汽车行业对电池安全的急切需求。

固态锂电池体型小、质量轻，尤其是固体电解质机械强度好，能够很好的抑制锂枝晶的产生，使高容量的金属作负极成为可能，有利于实现固态锂电池的高能量密度；固态电解质具有更好的电化学稳定性和不可燃性，能够更加适应于高电压、高容量的三元正极材料；由于电解质材料的非流动性，可简化电池系统的设计。

目前，全固态薄膜锂电池是锂离子电池发展的最新领域，其厚度可达毫米甚至微米级，其不仅质量轻、容量密度高、寿命长，而且可根据产品要求设计形状、可组装在不同材料的基底上、工作温度窗口宽、安全系数高等，具有诸多优点。其发展主要集中在先进的成膜技术研究、新的电池结构研究、新型阴阳极薄膜研究以及高离子电导率固态电解质的研究等方面。

但是在实际生产中发现，现有固态电解质的导电率、稳定性和兼容性还有待提高，其现有制备方法效率低、成本高，电池性能与液态锂离子电池相比仍有待提高。因此改进薄膜的制备技术，开发新型固态电解质薄膜是固态薄膜锂电池领域发展的关键。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术上述不足，提供一种复合薄膜固体电解质及其制备方法，以解决现有固态电解质导电率、稳定性和兼容性不理想，其制备方法存在效率低、成本高等不足的技术问题。

为了实现本发明的目的，一方面，本发明提供了一种复合薄膜固体电解质。所述复合薄膜固体电解质包括由电解质源陶瓷靶材与锂源添加剂靶材在惰性气氛或氮源气氛中进行共溅射处理沉积生长的多相复合电解质薄膜；或

包括电解质源陶瓷膜层和与所述电解质源陶瓷膜层一表面结合的锂源添加剂膜层，且由所述电解质源陶瓷膜层与锂源添加剂膜层构成基本单元，由所述电解质源陶瓷膜层至锂源添加剂膜层延伸方向，所述基本单元依次层叠结合。

另一方面，提供了一种复合薄膜固体电解质的制备方法。所述复合薄膜固体电解质的制备方法包括如下步骤：

将电解质源陶瓷靶材和锂源添加剂靶材在惰性气氛或氮源气氛下进行共溅射处理，得到多相复合电解质薄膜；

或

将电解质源陶瓷靶材在惰性气氛或氮源气氛下进行溅射处理先在基体上生长电解质源陶瓷膜层，再

将锂源添加剂靶材在惰性气氛或氮源气氛下进行溅射处理在所述电解质源陶瓷膜层上生长锂源添加剂膜层；然后

依次交替重复进行生长所述电解质源陶瓷膜层的步骤和生长所述锂源添加剂膜层的步骤至少一次。