[发明专利]固态电解质及其制备方法和锂二次固态电池

说明书

本发明涉及固态电解质及其制备方法和锂二次固态电池，属于二次电池技术领域。本发明解决的技术问题是提供一种低成本的固态电解质。该固态电解质包括聚合物基材、锂盐和添加剂，其中，所述添加剂为掺杂Ta的β‑LiAlSi₂O₆。采用新型无机物固态电解质添加剂，提高了固态电解质的离子传导率，同时能够抑制锂枝晶的增长，提高电池的能量密度，最终提高了电池的循环、倍率性能。该固态电解质在室温下也拥有的离子传导率、高的离子迁移数以及好的循环性能与倍率性能。且制备过程简单，能够在短时间内将固态电解质浆料混合好，其生产效率高，制造成本低。

技术领域

本发明涉及固态电解质及其制备方法和锂二次固态电池，属于二次电池技术领域。

背景技术

随着新能源电动汽车和便携式电子设备的不断发展，锂离子电池成为了商业电池的第一选择，但是传统的液态锂离子电池能量密度低，液态磷酸铁锂二次电池的能量密度仅为150Wh/kg左右，难以满足新能源电动汽车和便携式电子设备对高能量密度二次电池的需要，同时，液态锂离子电池安全性难以保障是制约新能源产业发展的又一个重要因素。因此，寻找更高能量密度与更加安全的二次电池体系是新能源产业发展的关键。

最近几年，基于锂金属负极的固态电池成为了研究热点。首先，锂金属负极具有很高的理论储锂容量(3860mAh g^-1)。其次，固态电解质的出现避免了液态有机电解液的使用，提高了能量密度的同时大大提高了整个体系的安全性。

固态电解质作为全固态电池极为重要的一部分，却仍然面临着许多有待解决的问题。其中之一是室温下的离子传导率有待提高，现在最为成熟的PEO基聚合物固态电解质在室温下离子传导率表现很不理想，是由于PEO在室温下活化能较高，锂离子与PEO中的官能团很难断键成键从而减弱了锂离子的传输。无机化合物固态电解质如LLZO，LLZTO，LATP等，与正负极的界面阻抗较大，且制备与加工成本较高，是制约其商业化的关键。硫基固态电解质虽然在室温下拥有较高的离子传导率，但是其较差的电化学稳定性限制了其在高能量密度动力电池中的应用，差的空气稳定性使其易于水反应生成H₂S，降低电解质的使用寿命。作为最有商业前景的聚合物固态电解质，如何提高聚合物固态电解质的室温下离子传导率，提高电池的能量密度与电池性能，成为了研究的重点与难点。

电池正负极之间的固态电解质，不仅提供离子传输通道，还影响电极/电解质界面性质，与电池整体性能紧密相关。采用有效的聚合物电解质材料与添加剂是提高聚合物固态电解质室温下离子传导率的有效途径。

申请号为201910284872.8的发明专利提供了一种固态电解质，包括聚合物、锂盐和添加剂，所述添加剂选自碳原子数低于10、相对介电常数高于3.6的非质子有机溶剂；以所述固态电解质的总重量为100％计，所述锂盐的重量含量为30％～90％，所述添加剂的重量含量为0.01％～2％。该电解质主要通过引入微量小分子高介电常数的非质子有机溶剂作为添加剂，抑制固态电解质中的结晶现象，并促进锂离子在电解质中的传输，实现固态电解质室温下离子电导率的提升。

申请号为201911305814.5的发明专利公开了一种复合固态电解质，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。该电解质在复合固态电解质层的制备过程中，在压力的作用下，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。其制备方法复杂，成本较高。

发明内容

针对以上缺陷，本发明解决的技术问题是提供一种低成本的固态电解质。