[发明专利]复合固态电解质隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种复合固态电解质隔膜及其制备方法和应用，所述复合固态电解质隔膜包括：聚合物基体和固态电解质膜，所述固态电解质膜设在所述聚合物基体的表面上，并且所述固态电解质膜的一部分填充在所述孔隙中。该复合固态电解质隔膜具有柔性、强度高、韧性好、离子电导率高和热稳定性好的优势，从而可以提高全固态电池循环寿命。

技术领域

本发明属于电池领域，具体涉及一种复合固态电解质隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

在众多的电池体系中，锂电池以其高能量密度、无记忆效应和相对良好的环境友好性而成为能量储存和转化系统中的主力军。随着人们对锂电池的能量密度和安全性能的要求日益提高，固态锂电池将会成为新一代高能量密度和高安全性的电池首选。固态电池中的关键技术之一是固态电解质隔膜技术，隔膜的好坏直接影响电池的能量密度、安全性、倍率性能和高低温性能等。现如今，科研人员一直致力于研制和开发出强度高、韧性好、离子电导率高和具有柔性的固态电解质膜以适用于全固态锂电池。

固态电解质分三大类：氧化物、硫化物和聚合物。采用这三种固态电解质的纯物质作为固态电池的隔膜层都有各自的问题，氧化物可以制备成致密的陶瓷片，但因为脆性大而不能制备出实用的薄膜，且室温离子电导率低；硫化物的室温离子电导率高，但无法制备出致密的薄膜且强度差；聚合物虽然易于制备成薄膜，但强度很低容易被锂枝晶刺穿，且不能耐高温。目前，各国的研发人员正在尝试利用各固态电解质的优点研发出聚合物-氧化物和聚合物-硫化物以及其他形式的复合膜，但是两者的强度问题都没有解决，使用锂金属负极的全固态电池仍然较容易短路。

因此，现有的固态电解质隔膜有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种复合固态电解质隔膜及其制备方法和应用，该复合固态电解质隔膜具有柔性、强度高、韧性好、离子电导率高和热稳定性好的优势，从而可以提高全固态电池循环寿命。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种复合固态电解质隔膜。根据本发明的实施例，所述复合固态电解质隔膜包括：

聚合物基体，所述聚合物基体上具有贯穿；

固态电解质膜，所述固态电解质膜设在所述聚合物基体的表面上，并且所述固态电解质膜的一部分填充在所述孔隙中。

根据本发明实施例的复合固态电解质隔膜，以其上具有贯穿孔隙的聚合物基体为支撑结构，由于聚合物基体具有优异的强度、韧性和弹性，将固态电解质膜形成在该聚合物基体的表面上，并且固态电解质膜的一部分填充在上述聚合物基体上的孔隙中，固态电解质膜提供锂离子电导性，从而可以使得形成的复合固态电解质隔膜表现出孔隙率低、压实性好、柔性、强度高、韧性好、离子电导率高和热稳定性好的优势，而正是由于该复合固态电解质隔膜具有优异强度和韧性，从而不易被锂枝晶刺穿，进而可以提高全固态电池的循环寿命，同时由于该复合固态电解质隔膜具有优异的热稳定性，从而使得装载该复合固态电解质隔膜的固态电池可以在高温环境下使用。

另外，根据本发明上述实施例的复合固态电解质隔膜还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述聚合物基体的孔隙率为10～80％。由此，通过将固态电解质膜的一部分填充在该聚合物基体上的孔隙中，可以提高复合固态电解质隔膜的离子电导率。

在本发明的一些实施例中，所述聚合物基体的厚度为5-50μm。由此，可以提高复合固态电解质隔膜的强度。

在本发明的一些实施例中，所述聚合物基体为无纺结构聚合物、纺织结构聚合物或多孔隔膜。

在本发明的一些实施例中，所述聚合物基体包括聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚四氟乙烯中的至少之一。由此，使得复合固态电解质隔膜表现出柔性、强度高和韧性好的特性。