[发明专利]一种高稳定性多层固态电解质及其制备方法和固态电池

说明书

本申请公开了一种高稳定性多层固态电解质及其制备方法和固态电池，涉及固态电池技术领域。其技术要点是：一种高稳定性多层固态电解质，从下至上包括若干层固态电解质单元，所述固态电解质单元包括固态电解质层以及涂覆于固态电解质层一面或相对的两面的间隔层，所述间隔层的原料选自LiOH、LiF、Li₂CO₃、Li₃PO₄、Li₃BO₃、Li₄SiO₄、Li₃N、LiVO₃中的任意一种。本申请中的多层固态电解质具有电化学稳定性高、界面阻抗小、循环稳定性好的优点。

技术领域

本申请涉及固态电池领域，更具体地说，它涉及一种高稳定性多层固态电解质及其制备方法和固态电池。

背景技术

锂离子电池因具有工作电压高、无记忆效应、能量密度高等特点，目前已快速普遍应用于便携式电子设备、动力电池和储能系统当中。目前传统的动力锂离子电池多采用液态电解液，在反复的电化学充放电循环中，可能在负极表面形成锂枝晶并且液体电解质是可燃有机溶剂组分，可能导致严重的安全问题。固体电解质不仅能消除上述的安全问题，而且能提高其电化学稳定性。但固态电解质和电极材料间界面阻抗较大，并且离子电导率偏低，使其倍率和功率性能受到限制。

目前常用阳离子掺杂改变固态电解质成分，或者进行表面润湿修饰等提高其离子电导率。例如：在公开号为CN107887639A的中国发明专利中公开了一种复合固态电解质和固态电池，该复合固态电解质包括阴离子型离子液体聚合物和无机固态电解质。

该专利中的金属锂电极和固态电解质直接接触，这种属于固固接触，界面阻抗较大。在充电过程中，锂离子从正极材料中脱出嵌入负极金属锂，固态电解质表面物质会被消耗形成固态电解质界面层，甚至在负极上产生锂沉积。进而导致该类复合电解质化学稳定性较差，0.2C循环100次保持率约为88％，难以为电池提供长效循环性能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本申请的目的一在于提供一种高稳定性多层固态电解质，其具有电化学稳定性高、界面阻抗小、循环稳定性好的优点。

为实现上述目的一，本申请提供了如下技术方案：

一种高稳定性多层固态电解质，从下至上包括若干层固态电解质单元，所述固态电解质单元包括固态电解质层以及涂覆于固态电解质层一面或相对的两面的间隔层，所述间隔层的原料选自LiOH、LiF、Li₂CO₃、Li₃PO₄、Li₃BO₃、Li₄SiO₄、Li₃N、LiVO₃中的任意一种。

通过采用上述技术方案，在固态电解质层一面或相对的两面涂覆间隔层，间隔层采用锂盐，该间隔层具有较高的离子电导率，并且避免电解质和电极材料的直接接触，有效降低因与电极材料直接接触引发的副反应，锂盐还可以均匀化锂离子浓度，防止锂离子量过少引起循环衰减，降低了界面阻抗，且具有优异的电化学稳定性。

进一步优选为，所述间隔层的厚度为1～200nm。

通过采用上述技术方案，间隔层过厚不利于电池能量密度提高，过薄达不到包覆间隔的效果。该锂盐层主要可以保护电解质材料和电极材料的界面，增强循环稳定性，减少锂枝晶的形成。

进一步优选为，所述固态电解质层的材料为无机类固态电解质材料或聚合类固态电解质材料；所述无机固态电解质层的材料为氧化物型固态电解质或硫化物型固态电解质。

通过采用上述技术方案，无机类固态电解质发挥较高的离子导电性，其高强度的特性可以抑制锂枝晶的行程及电极材料的体积变化。