[发明专利]一种层状复合固态电解质薄膜及其制备方法

说明书

本发明属于固态电解质技术领域，尤其涉及一种层状复合固态电解质薄膜及其制备方法。其由刚性聚合物固态电解质主体层和柔性聚合物固态电解质修饰层组成。层状复合固态电解质膜通过分层刮涂、喷涂、辊涂的方式制得，室温离子电导率为10^‑4～10^‑3S/cm，电化学窗口4～5V，拉伸强度为10～40MPa。本发明添加了柔性聚合物修饰层，改善了固态电解质与负极间的界面接触，可应用于室温高电压固态锂离子电池。

技术领域

本发明属于固态电解质技术领域，尤其涉及一种层状复合固态电解质薄膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有较高的能量密度和和可快速充放电的特点被认为是最有应用前景的能源储能技术。目前商用锂离子电池通常采用有机电解液，存在易泄露、易挥发、易燃烧等安全隐患。用不易燃的固态电解质代替液态电解质，是解决电池安全性能的重要途径。

通过近几年的研究，无论是无机固态电解质，还是聚合物固态电解质均取得了明显的进步。将聚合物固态电解质中引入无机陶瓷颗粒，不仅结合了无机、有机电解质的各自优势，还展现了固态电池良好的应用前景。然而，有一定刚性的固态电解质与负极固固界面接触差、阻抗大是其应用中所面临的最大问题之一。采用柔性聚合物修饰固态电解质与负极之间的界面结合有望成为解决上述问题的一种重要方法。然而目前报道的柔性聚合物修饰层通常是以凝胶态的形式涂覆在电解质或负极表面，虽然可更好的改善固态电解质与负极间的接触，但机械性能往往较差，难以抑制锂枝晶的生长，同时凝胶中的液态成分往往会与金属锂发生副反应，使锂表面被破坏。而表面凝胶态的电解质膜或电极使电池的组装也变得繁琐。

发明内容

本发明的目的是针对上述固态电池界面改性的缺点，提供一种用于优化固态电解质与负极界面结合的层状复合固态电解质膜材料，即由刚性聚合物固态电解质主体层和柔性聚合物固态电解质修饰层组成，既改善固态电解质与金属锂负极的界面结合，又有助于稳定锂负极；并提供一种简单易行的层状复合结构制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种层状复合固态电解质薄膜，是由聚合物固态电解质主体层和柔性聚合物固态电解质修饰层组成，室温离子电导率为10^-4～10^-3S/cm，电化学窗口4～5V，拉伸强度为10～40MPa。

所述柔性聚合物固态电解质中的柔性聚合物，优选的，为聚碳酸丙烯酯、聚碳酸乙烯酯、聚碳酸丁烯酯和聚双酚A碳酸酯中的一种。

所述的柔性聚合物固态电解质中的锂盐，优选的，为双三氟甲基磺酰亚胺锂、高氯酸锂、三氟甲基磺酸锂和六氟磷酸锂中的一种。

所述的柔性聚合物固态电解质中的填料为锂镧锆氧、钽掺杂锂镧锆氧、铝掺杂锂镧锆氧、氧化铝和氟化铝中的一种。

所述的柔性聚合物固态电解质中的锂盐含量，优选的，占所述聚合物的5～20％；填料质量，优选的，占所述聚合物的10～25％。

所述的主体层聚合物固态电解质中的聚合物，优选的，为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和聚偏氯乙烯中的一种。

所述的主体层聚合物固态电解质中的锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂、高氯酸锂、三氟甲基磺酸锂和六氟磷酸锂中的一种。

所述的主体层聚合物固态电解质中的填料为锂镧锆氧、钽掺杂锂镧锆氧、铝掺杂锂镧锆氧和锂镧钛氧中的一种。

所述的主体层聚合物固态电解质锂中的锂盐含量，优选的，占所述聚合物的20～50％；填料质量，优选的，占所述聚合物的5～25％。

优选的，所述柔性聚合物电解质修饰层的厚度为5～20微米，聚合物电解质主体层的厚度为10～50微米。

所述的层状复合固态电解质薄膜，其制备过程包括以下步骤：