[发明专利]一种氧化物固态电解质膜及其制备方法和含其的固态电池

说明书

本发明涉及氧化物固态电解质膜的制备方法，将氧化物固态电解质与高分子聚合物混合熔融，熔喷挤出纤维丝，冷却后铺网并加固成膜，得到氧化物固态电解质膜。一种氧化物固态电解质膜，由上述制备方法所制得。一种固态电池，包含上述制备方法所制得的氧化物固态电解质膜。以高分子聚合物为基体，熔融后加入氧化物固态电解质混匀，熔喷挤出成纤维丝，成网并加固，形成多孔结构的复合膜，可将氧化物固态电解质材料均匀的编织在基体膜之中，不存在孔洞或团聚颗粒，避免电池正负极短路风险，其耐热性高、耐氧化性好、阻燃性能优异、机械强度高、过程简单、能耗低、商业上可行；在‑50℃～150℃下性能稳定；厚度可控、孔隙可控，易加工。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种氧化物固态电解质膜及其制备方法和含其的固态电池。

背景技术

固态电池作为下一代先进储能技术，跟传统电池相比，不仅在能量密度上有望大幅提升，而且避免使用易燃电解液可以有效地抑制副反应和热失控，从而大大提高安全性。

固态电解质为固态电池的核心材料，按化学组成可分为三种：聚合物型、氧化物型和硫化物型。聚合物固态电解质基体包括聚环氧乙烷、聚硅氧烷和脂肪族聚碳酸酯等，具有黏弹性好、机械加工性能优良等优点，但工作温度范围60～85℃，电池能量密度通常低于300Wh/kg；氧化物固态电解质包括钙钛矿型、反钙钛矿型、NASICON型与GARNET型，具有耐受高电压、耐高温、安全性好等优点，但电解质片易脆裂，大容量电池制备困难；硫化物固态电解质包括晶态硫化物电解质、玻璃态硫化物电解质等，具有离子电导率高、耐受高电压等优点，但水氧敏感、成本高、体积能量密度较低。

固态电解质或电解质膜的制备工艺，作为固态电池核心技术，直接影响电池性能发挥。

目前常用的电解质膜制备方式有以下几种：

1）射频磁控溅射或真空镀膜技术；

2）涂布的方法制备电解质层，包括涂在正负极片上或制备电解质膜；

3）挤出的方式铺膜，包括涂在正负极片上或制备电解质膜。

以上制膜技术均存在比较严重的工艺问题，包括界面阻抗大、界面稳定性不良，界面应力变化等，直接影响电池的性能。

针对氧化物固态电解质，产业化通常采用上述高频磁控溅射或电子束蒸镀的方法，该类方法耗时长，且工艺要求高，需要严格控制温度、压力、时间、氛围、喷涂物尺寸。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种氧化物固态电解质膜及其制备方法和含其的固态电池，以克服上述现有技术中的不足。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种氧化物固态电解质膜的制备方法，包括如下步骤：

将氧化物固态电解质与高分子聚合物混合熔融，熔喷挤出纤维丝，冷却后铺网并加固成膜，得到氧化物固态电解质膜。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，氧化物固态电解质元素组成为锂、镧、锆、钛、锗、铝、硅、氧、磷中的若干种。

进一步，氧化物固态电解质为钙钛矿型、反钙钛矿型、NASICON型、GARNET型结构的氧化物。

进一步，高分子聚合物为聚酰亚胺、玻璃纤维或聚酯纤维。

进一步，高分子聚合物与所述氧化物固态电解质的质量比为1：4～4:1。

进一步，纤维丝的直径为200nm～800nm。

进一步，氧化物固态电解质膜的厚度为10um～100um。

进一步，具体步骤如下：