[发明专利]一种三明治结构的三层复合电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种三明治结构的三层复合电解质及其制备方法和应用，本发明利用多官能度丙烯酸酯在引发剂的交联作用将含聚合物电解质、锂盐和无机电解质颗粒的混合溶液固化形成三明治结构复合电解质的中间层，两侧各涂敷一层较薄的凝胶电解质形成三明治结构的复合电解质。作为中间层的电解质不仅包含了无机电解质颗粒，其内部还因交联聚合作用锁定了部分液相，这两者均可以实现锂离子的快速传导，提高了复合电解质的离子电导率。两侧涂敷的凝胶电解质减小了电解质与正负极的界面阻抗。该三明治结构的复合电解质可应用固态电池在保持高离子电导的同时也实现了与正负极的柔性接触。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种三明治结构的三层复合电解质的制备方法。

背景技术

目前商业化的锂电池采用有机液体电解质，在使用过程中，有机液态电解质会出现挥发、干涸、泄露等现象，影响电池寿命，同时有机液态电解质在充放电过程中容易和电极材料发生副反应，出现胀气，存在着火爆炸等一些列的安全隐患。此外，传统的液态电解质锂电池无法使用高比容量的锂金属作为负极，由于金属锂在液态电解质循环过程中会产生枝晶，刺穿隔膜，会导致电池短路、热失控等问题。因此，开发高能量密度、安全性和长循环寿命的电池体系具有重要意义和应用前景。

针对有机液态电解质存在的问题，开发全固态电池是必由之路。相对于传统的液态锂电池，全固态锂电池具有优异的安全特性、循环特性、高能量密度和低成本的优势。固态二次锂电池的核心材料是固态电解质，主要包括硫化物、氧化物、聚合物。硫化物固态电解质在空气中极不稳定，易与水和氧发生反应，这限制它的应用。尽管氧化物固态电解质拥有较稳定的物理化学性质，高的离子电导率和优异的力学性能，但是纯氧化物固态电解质与正负极界面接触差，界面阻抗比较大，界面问题是亟需解决的问题。而聚合物固态电解质是由极性高分子和金属盐络合形成的，具有良好的成膜性，可弯曲性和高安全性等优点，与正负极接触界面润湿性好。但是聚合物固态电解质离子电导率较低，锂离子迁移数也很低，机械性能较差，严重影响电池电化学性能。

综上所述，无机固态电解质和聚合物固态电解质有各自的优缺点，他们各自的特点又极大地限制了它们的应用。为了充分发挥无机固态电解质和聚合物固态电解质两者的优点，规避缺点，提高电解质的离子电导率、机械强度、电化学窗口以及传输效率等，本发明设计了一种三明治结构的复合电解质。

发明内容

本发明提供一种三明治结构的复合电解质的制备方法。

本发明先利用多官能度丙烯酸酯交联聚合作用使得包含聚合物电解质、锂盐和无机电解质颗粒的混合溶液固化成三明治结构复合电解质的中间层，有机物的交联聚合过程可以将液相成分锁定在电解质中，无机电解质颗粒和液相成分均可增加复合膜的离子电导。而后，在该中间层电解质的两侧各涂敷一层较薄的凝胶电解质，形成一种类似三明治的结构，此种三明治结构的复合电解质有望实现与正极和负极的柔性接触。

一种三明治结构的三层复合电解质的制备方法，包括以下步骤：

(1)将第一聚合物、第一锂盐和作为交联剂的多官能度丙烯酸酯加入第一溶剂中进行搅拌得到均匀溶液；

(2)将导锂的无机电解质颗粒加入步骤(1)中所得的均匀溶液中，搅拌至颗粒在溶液中分散均匀，最后向溶液中加入引发剂搅拌，得到混合液；

(3)将步骤(2)中得到的混合液用刮刀涂敷在玻璃板上，在紫外光或加热的作用下溶液中多官能度丙烯酸酯交联聚合，玻璃板上涂敷的溶液固化，形成聚合物和无机电解质颗粒均匀混合且内部包含液相的复合电解质膜；

(4)将第二聚合物和第二锂盐依次加入第二溶剂中，充分搅拌形成均匀的粘稠的电解质溶液；

(5)将步骤(4)中得到的粘稠的电解质溶液直接涂敷在步骤(3)得到的复合电解质膜的两侧，得到三明治结构的复合电解质(即三明治结构的三层复合电解质)。