[发明专利]二硫化钼基复合固体电解质、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种二硫化钼基复合固体电解质、其制备方法及应用。所述二硫化钼基复合固体电解质包括二硫化钼、具有锂离子传输能力的聚合物及锂盐，所述二硫化钼均匀分散于聚合物中，并且所述二硫化钼能够与锂金属发生梯度原位/非原位转化反应，生成包含Lisubgt;x/subgt;MoSsubgt;2/subgt;、Lisubgt;2/subgt;S、Mo的梯度组分，MoSsubgt;2/subgt;和Lisubgt;x/subgt;MoSsubgt;2/subgt;能够有效缩短锂离子在界面处传输路径，同时Lisubgt;2/subgt;S/Mo还可以平均局部电流密度，抑制锂枝晶的生成。本发明的固体电解质具有较高的室温离子电导率(＞10supgt;‑4/supgt;S cmsupgt;‑1/supgt;)、较宽的电化学稳定窗口(＞4.5V)和高加工性能(1‑200μm)，采用本发明固体电解质组装的固态锂电池具有优异的倍率性能和长循环性能。

技术领域

本发明涉及一种二硫化钼基复合固体电解质及其制备方法，以及其在固态锂电池中的应用，属于锂电池技术领域。

背景技术

可再生能源及大规模储能设备的应用和发展对降低化石能源依赖和减少CO₂排放至关重要。其中锂电池作为广泛应用于消费电子，动力电池和间歇性可再生能源所连接的负责负载均衡的大规模储能装置中的储能体系，因其高能量密度、高功率密度和长循环寿命被认为是下一代储能设备中最具竞争力的候选方案。

目前，传统的商用锂电池中使用的传统有机电解液具有易燃，易泄露的安全风险和较低的化学稳定性，无法满足在具有更高截止电压的电池体系中的应用。因此使用具有更高安全性和较宽电化学稳定窗口的固体电解质替代传统的有机电解液被认为是一种有力的解决方案。其中复合聚合物电解质得益于其柔性，高加工性和低制造成本，在众多固体电解质类型中脱颖而出。然而，其本征较低的离子电导率和复杂的界面性质大大的限制了其实际应用。其相关专利技术包括：CN109244534A报道了一种蒙脱石基复合固体电解质及固态锂电池。CN109301316A报道了一种包含温粘弹转变型聚合物、锂盐和快离子导体陶瓷粉体的有机无机复合固体电解质。CN110085909A报道了一种包含导离子聚合物、金属-有机框架材料、碱金属或碱土金属盐的复合固体电解质材料等。以上专利均或类似使用无机材料或者金属-有机框架材料，包括但不仅限于蒙脱石、锂镧锆氧(LLZO)、锂镧钽氧(LLTO)、锂镧锆钽氧(LLZTO)、MOF-235，MIL-68等材料。但关于二硫化钼作为无机填料应用在复合固体电解质及固态电池体系及二硫化钼与锂金属发生不同转化反应调控电解质/电极界面等相关信息并未见报道。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种二硫化钼基复合固体电解质及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

本发明的另一目的还在于所述二硫化钼基复合固体电解质在制备固态锂电池中的应用。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种二硫化钼基复合固体电解质，其包括：二硫化钼、具有锂离子传输能力的聚合物以及锂盐，其中，所述二硫化钼均匀分散于溶解有锂盐、具有锂离子传输能力的聚合物中，并且所述二硫化钼能够与锂金属发生梯度原位/非原位转化反应，生成包含Li_xMoS₂、Li₂S、Mo的梯度组分，所述二硫化钼的形貌包括单层纳米片、多层纳米片、量子点、纳米棒、纳米线、纳米管、微球、花瓣状纳米片中的任意一种或两种以上的组合。

在一些实施例中，所述二硫化钼基复合固体电解质包括按照质量百分比计算的如下组分：二硫化钼1％～50％、具有锂离子传输能力的聚合物30％～70％以及锂盐10％～50％。

进一步地，所述二硫化钼基复合固体电解质的室温离子电导率大于10^-4S cm^-1。

进一步地，所述二硫化钼基复合固体电解质的电化学窗口大于4.5V。