[发明专利]复合固态电解质膜及其制备方法、固态电池

说明书

本发明属于电解质材料技术领域，具体涉及一种复合固态电解质膜及其制备方法、固态电池。本发明通过在聚合物固态电解质膜上开设至少一个填充孔，用于填充无机固态电解质，进而实现聚合物固态电解质与无机固态电解质的复合。无机固态电解质具有较高的离子电导率，因此填充有无机固态电解质的填充孔成为快速扩散离子通道的同时，其与聚合物固态电解质之间的界面也具有高离子电导率。本发明提供的复合固态电解质膜具有较高的离子电导率，且机械性能和致密性好，可与电极形成紧密的界面接触，具有良好的导电性能和市场前景。

技术领域

本发明属于电解质材料技术领域，具体涉及一种复合固态电解质膜及其制备方法，以及一种固态电池。

背景技术

固态电池作为下一代高容量、高安全性储能方案，受到学术界的密切关注，其核心技术在于固态电解质的制备。现有的固态电解质可以分为3大类：聚合物电解质、氧化物电解质和硫化物电解质，它们各有优点和缺点，因而人们希望通过复合的方式，发挥每种材料的优点，并缓解其缺点。

目前，主流的复合固态电解质方案包括：1)向聚合物基体中添加陶瓷相颗粒或纤维；2)向多孔陶瓷骨架中填充聚合物。其中，方案1存在难以添加高比例陶瓷相(比例高于15％会出现偏聚)的问题，所得复合电解质的室温离子电导率仍不理想；方案2中，陶瓷骨架中的孔洞形状往往不规则，这导致离子扩散路径曲折，降低扩散效率。此外，采用模板法制备陶瓷相骨架不仅效率低，而且陶瓷相骨架具有脆性大、易开裂的缺点，难以与现有大规模电芯制备工艺兼容。因此，如何改变复合方式，以发挥电解质各自的优势，提高其离子电导率，是目前复合固态电解质的研究重点之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合固态电解质膜及其制备方法，以及一种固态电池，旨在解决现有复合固态电解质中存在的离子电导率低的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明一方面，提供了一种复合固态电解质膜，其包括聚合物固态电解质膜和无机固态电解质，所述聚合物固态电解质膜设有至少一个填充孔，所述无机固态电解质填充于所述填充孔中。

本发明提供的复合固态电解质膜，通过在聚合物固态电解质膜上开设至少一个填充孔，用于填充无机固态电解质，进而实现聚合物固态电解质与无机固态电解质的复合。其中，无机固态电解质具有较高的离子电导率，相应地，填充有无机固态电解质的填充孔成为快速扩散离子通道的同时，其与聚合物固态电解质之间的界面也具有高离子电导率。此外，当设置的填充孔有多个时，还可提升无机固态电解质的分散性，使其在聚合物固态电解质中的分布较为均匀，以进一步提升所得复合固态电解质膜的离子电导率。本发明提供的复合固态电解质膜具有较高的离子电导率，且机械性能和致密性好，可与电极形成紧密的界面接触，具有良好的导电性能。

作为本发明复合固态电解质膜的一种优选技术方案，所述填充孔的数量为两个以上，且任意相邻两个所述填充孔之间的距离相等。

作为本发明复合固态电解质膜的一种优选技术方案，所述填充孔的轴线与所述聚合物固态电解质膜的表面垂直。

作为本发明复合固态电解质膜的一种优选技术方案，所述填充孔的总体积占所述聚合物固态电解质膜体积的2％-10％。

作为本发明复合固态电解质膜的一种优选技术方案，所述填充孔的直径为微米级或纳米范围。

作为本发明复合固态电解质膜的一种优选技术方案，所述聚合物固态电解质膜的厚度为0.1μm-50μm。

作为本发明复合固态电解质膜的一种优选技术方案，形成所述聚合物固态电解质膜的材料选自聚环氧乙烷基聚合物电解质、聚硅氧烷基聚合物电解质、脂肪族聚碳酸酯基聚合物电解质中的至少一种。

作为本发明复合固态电解质膜的一种优选技术方案，所述无机固态电解质选自氧化物固态电解质、硫化物固态电解质中的至少一种。

本发明另一方面，提供了一种复合固态电解质膜的制备方法，其包括如下步骤：