[发明专利]一种固态电解质及其制备方法、全固态电池

说明书

本申请提供一种固态电解质及其制备方法、全固态电池，属于二次电池技术领域。固态电解质包括：无机电解质片和包覆于无机电解质片的表面以及渗透于无机电解质片表层内的反钙钛矿层。其制备方法包括：将反钙钛矿材料熔融得到熔融液并使熔融液保持在第一温度范围内，将无机电解质片置于熔融液内，使熔融液包裹和浸润无机电解质片，从熔融液内取出无机电解质片并使无机电解质片上的熔融液冷却固化。其中，第一温度大于或等于反钙钛矿材料的熔融温度，且小于所述无机电解片材料的熔融温度。该方法制备得到的固态电解质整体阻抗小、离子电导率高、热稳定性好；同时，采用该方法制备的固态电解质所组装的全固态电池的电化学性能也得到了提高。

技术领域

本申请涉及二次电池技术领域，具体而言，涉及一种固态电解质及其制备方法、全固态电池。

背景技术

现有技术中，全固态电池的固态电解质通常为单一的某种原料制成。为了提高固态电解质性能，通常采用无机固态电解质-无机固态电解质或有机聚合物固态电解质-无机固态电解质均匀混合的方式进行复合。

上述固态电解质存在如下问题：

(1)、如果是单一的原料，则固态电解质材料无法同时在离子电导率、界面阻抗、界面稳定性等多方面均具备显著优势；

(2)、如果采用无机固态电解质-无机固态电解质均匀混合的方式进行复合，由于不同电解质粉末材料之间存在较大的晶粒阻抗，从而不利于该复合电解质离子电导率的提高；若其中任意一种电解质材料对锂(钠)金属不稳定，则该复合电解质便不能用于锂(钠)负极的全固态电池，从而不利于提高全固态电池的能量密度；

(3)、如果采用有机聚合物固态电解质-无机固态电解质进行复合，由于其中包含有机聚合物成分，限制了该复合电解质的热稳定性，从而不利于提高全固态电池的安全性能。

发明内容

本申请的目的在于提供一种固态电解质及其制备方法、全固态电池，该固态电解质的整体阻抗小、离子电导率高、热稳定性好；同时，提高了该固态电解质所组装的全固态电池的电化学性能。

第一方面，本申请提供一种固态电解质，包括无机电解质片和包覆于无机电解质片的表面以及渗透于无机电解质片表层内的反钙钛矿层。

外部的反钙钛矿层包覆于无机电解质片的表面，可以将无机电解质片与锂金属负极极片(或钠金属负极极片)隔离，避免无机电解质片与负极极片直接接触并发生反应。反钙钛矿层可以与电极极片直接接触，减小了固态电解质与电极极片之间的界面阻抗。反钙钛矿层渗透进入了电解质片的表层，可以提高电解质片的致密度，实现了固态电解质的致密化，减小了不同电解质粉末所导致的晶粒阻抗，从而使固态电解质的整体阻抗小。没有有机物的添加，可以使固态电解质的热稳定性更好，得到的全固态电池的电化学性能更佳。

在一种可能的实施方式中，包覆于无机电解质片表面的第一反钙钛矿层的厚度为20-30μm，渗透于无机电解质片表层内的第二反钙钛矿层的厚度为10-20nm，电解质片的厚度为100-1000μm。

可以在无机电解质片与反钙钛矿层结构之间形成10-20nm的过渡层(第二反钙钛矿层)，过渡层能更好地结合无机电解质片与反钙钛矿层，有效减小无机电解质片与第一反钙钛矿层之间的界面阻抗，进一步减小整个固态电解质的整体阻抗。同时，过渡层的反钙钛矿能嵌入无机电解质片表面的孔洞缺陷中，进一步减小因电解质片孔隙率而导致的阻抗。

在一种可能的实施方式中，反钙钛矿层材料中的传输离子与电解质片材料中的传输离子一致。

可以进一步减小无机电解质片和反钙钛矿层之间的阻抗，且对金属离子的传导效果也更好。

在一种可能的实施方式中，反钙钛矿层的背离无机电解质片的表面为光滑的表面。

可以避免因为表面孔洞缺陷引入的阻抗，同时可以避免因为固态电解质表面局部区域电流密度过大而导致的锂枝晶沉积现象。