[发明专利]复合固态电解质膜及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提出一种复合固态电解质膜及其制备方法和锂离子电池。以复合固态电解质膜的质量计，包括如下质量分数的成分：无机电解质多孔纤维0.1％‑80％、聚合物电解质20％‑99.8％和增塑剂0.1％‑20％。本发明的复合固态电解质膜，采用无机电解质与聚合物电解质复合，并对物料结构和组成进行合理设计，将无机电解质设计成多孔纤维结构，利用孔隙的物理吸附和化学吸附作用，在孔隙中富集增塑剂、无机粉末填料等小分子物质，改善了聚合物电解质与无机电解质的界面接触，从而提高了复合固态电解质膜的离子电导率，同时提高了复合固态电解质膜的机械强度。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种复合固态电解质膜及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

全固态电池就是用不可燃的固体电解质取代传统锂离子电池中的易燃的电解液，从根本上避免了安全隐患。其次，固体电解质良好的机械性能可以有效的抑制锂枝晶负极中的生长，大大降低了枝晶刺穿导致的短路风险，使得金属锂作为锂离子电池负极材料成为可能，从而有效提高锂离子电池的能量密度。安全性能高、循环寿命长等诸多优点，使全固态锂离子电池已逐渐成为新型化学电源领域的研究开发的热点。

可以说，固体电解质的综合性能提升，成为全固态锂离子电池发展上的关键环节。固体电解质主要分为聚合物电解质和无机电解质，而无机电解质主要分为硫化物电解质和氧化物电解质两大类。这几类固态电解质各自都有优缺点。例如，聚合物电解质具有柔性，有利于固态电池界面接触，且易于批量化生产制备成电解质膜，但是其离子导电率较低且不耐高压。硫化物电解质离子电导率高，但是在空气中极不稳定，并且与锂电池正负极材料的界面阻抗高。氧化物电解质离子电导率较高，但是没有柔性，界面接触难以保证加工成膜，因此，单一类型的固态电解质无法满足目前固态电池对电解质膜的使用需求。

有效的解决途径之一是将多种电解质复合制备成复合电解质膜，例如，可以将聚合物电解质与氧化物电解质复合，或者将聚合物电解质与硫化物电解质复合，得到兼具柔性和高离子电导率的复合电解质膜。还可以将聚合物电解质与氧化物电解质粉体混合，或者将聚合物电解质与硫化物电解质粉体混合，使氧化物或硫化物粉体呈离散态分布于聚合物中，得到高离子电导率的柔性复合电解质膜。但是，高离子电导率的氧化物电解质和硫化物电解质无法有效形成锂离子导电通路，因此，上述方法制备得到的复合电解质的离子电导率的提高有限，而离散分布的粉体对复合电解质的机械强度的提升也非常有限。目前本领域技术人员已经有研究将氧化物电解质或硫化物电解质制备成纤维状，再与聚合物电解质复合，以期提高复合电解质的离子电导率和机械强度。但是，现有研究得到的离子电导率和机械强度仍然无法达到目前锂离子电池对电解质膜的要求。

因此，提供一种具有高离子电导率和机械强度的聚合物电解质膜，成为全固态锂电池行业发展一直被关注和追求的课题之一。

发明内容

本发明提供了一种复合固态电解质膜，通过对物料结构和组成进行设计，提高了复合固态电解质膜的离子电导率和机械强度。

本发明还提供了上述复合固态电解质膜的制备方法，该方法操作简单，利于工业化生产，利用本发明方法可以制备得到机械强度和离子电导率较高的复合固态电解质膜。

本发明还提供了一种锂离子电池，采用上述的复合固态电解质膜制备得到，相比于现有锂离子电池，其倍率性能和循环性能均得到显著提高。

本发明提出的技术方案是：

第一方面，本发明提出一种复合固态电解质膜，以复合固态电解质膜的质量计，包括如下质量分数的成分：无机电解质多孔纤维0.1％-80％、聚合物电解质20％-99.8％和增塑剂0.1％-20％。

作为本发明的具体实施方式，所述复合固态电解质膜还包括无机粉末填料0％-10％和/或锂盐0％-20％。

本发明中的聚合物电解质、增塑剂、无机粉末填料和锂盐均可以通过商购获得，也可以通过自制得到。