[发明专利]复合固态电解质、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、复合固态电解质膜及其制备方法、固态电池。本发明复合固态电解质将质软的硫化物固态电解质包覆在硬相的氧化物固态电解质的颗粒表面，形成了“软包硬”的复合结构。本发明所得复合固态电解质可在较低温度下经简单的热压处理得到复合固态电解质膜，所得复合固态电解质膜的致密性好，可与电极形成紧密的界面接触，具有良好的导电性能，具有良好的应用前景。

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及其制备方法，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，因其高容量、高安全性，受到学术界和工业界的广泛关注。固态电池的核心技术在于高离子电导率、高稳定性固态电解质的制备。目前，固态电解质包括：聚合物电解质、氧化物电解质、硫化物电解质，这几种电解质具有各自的特点，聚合物电解质柔韧，能够与电极形成接触的界面，而其室温锂离子电导率较低(10^-6S/cm量级)；氧化物电解质具有较高的离子电导率(10^-4S/cm量级)，但其弹性模量高，与电极间的固-固界面存在孔隙，接触电阻大；硫化物固态电解质的室温离子导率高(10^-3S/cm量级)，但其合成原料Li₂S价格过高(每公斤数万元)。

目前，复合固态电解质主要是聚合物电解质与氧化物电解质的复合，这种复合固态电解质的缺点在于室温离子电导率在聚合物电解质的影响下仍然较低(在10^-4-10^-5S/cm量级)，而且其制备工艺无法与现有电芯制备流程相兼容，生产效率低。

发明内容

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

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，其包括硫化物固态电解质和氧化物固态电解质，且硫化物固态电解质包覆在氧化物固态电解质的颗粒表面。

本发明提供的复合固态电解质将质软的硫化物固态电解质包覆在硬相的氧化物固态电解质的颗粒表面，形成了“软包硬”的复合结构。该复合结构中，硫化物固态电解质对氧化物固态电解质的包覆解决了氧化物固态电解质与电极之间的接触界面阻抗较大的问题，同时硫化物固态电解质自身具有较高的室温离子电导率，因此所得复合固态电解质不仅具有更高的离子电导率，而且有利于与电极形成紧密的固-固界面接触，进一步提升其导电性能。

作为本发明复合固态电解质的一种优选技术方案，硫化物固态电解质与所述氧化物固态电解质的质量比为(1-4):(16-19)。

作为本发明复合固态电解质的一种优选技术方案，复合固态电解质的中值粒径为10.1μm-50.1μm。

作为本发明复合固态电解质的一种优选技术方案，硫化物固态电解质包覆在氧化物固态电解质的颗粒表面形成包覆层，包覆层的厚度为80nm-170nm。

作为本发明复合固态电解质的一种优选技术方案，晶态硫化物固态电解质、微晶玻璃态硫化物固态电解质中的至少一种。

作为本发明复合固态电解质的一种优选技术方案，氧化物固态电解质选自快离子导体(LiSICON型)电解质、石榴石型固态电解质、尖晶石型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的制备方法，其包括如下步骤：

提供硫化物固态电解质和氧化物固态电解质；

在惰性环境中，将所述硫化物固态电解质和所述氧化物固态电解质进行球磨处理，得到复合固态电解质。