[发明专利]全固态锂金属负极电池用复合电解质膜、其制备方法及包括其的全固态硫化物锂离子电池

说明书

本发明提供了一种全固态锂金属负极电池用复合电解质膜、其制备方法及包括其的全固态硫化物锂离子电池。上述制备方法包括以下步骤：提供聚合物固态电解质膜和硫化物固态电解质膜；将聚合物固态电解质膜和硫化物固态电解质膜叠置后，采用温等静压工艺进行复合，得到全固态锂金属负极电池用复合电解质膜。本发明将聚合物固态电解质膜和硫化物固态电解质膜叠置后，采用温等静压工艺进行复合制备了全固态锂金属负极电池用复合电解质膜。该复合电解质膜具有强度好、韧性高、孔隙率低、电导率、热稳定性好高等优势，从而有效提高了全固态硫化物锂离子电池的循环寿命，并因良好的热稳定性使得电池能够在高温下工作。

技术领域

本发明涉及固态电池技术领域，具体而言，涉及一种全固态锂金属负极电池用复合电解质膜、其制备方法及包括其的全固态硫化物锂离子电池。

背景技术

在众多的电池体系中，锂电池以其高能量密度，无记忆效应和相对良好的环境友好性而成为能量储存和转化系统中的主力军。随着人们对锂电池的能量密度和安全性能的要求日益提高，固态锂电池将会成为新一代高能量密度和高安全性的电池首选。硫化物电解质具有比较高的锂离子电导率。主要包括thio-LISICON、Li₁₀GeP₂S₁₂、Li₆PS₅Cl、Li₁₀SnP₂S₁₂、Li₂S-P₂S₅、Li₂S-SiS₂、Li₂S-B₂S₃等，室温离子电导率可以达到10^-3～10^-2S/cm，接近甚至超过有机电解液，同时具有热稳定高、安全性能好、电化学稳定窗口宽(达5V以上)的特点，但对锂金属负极往往不够稳定，需要在中间使用缓冲层来提高循环稳定性，固态电池中的关键技术之一是固态电解质隔膜技术，隔膜的好坏直接影响电池的能量密度、安全性、倍率性能和高低温性能等。研制和开发出强度高、韧性好、离子电导率高的锂负极稳定固态电解质膜以适用于全固态锂金属电池。

固态电解质分三大类，氧化物、硫化物和聚合物。采用这三种电解质的纯物质作为固态电池的隔膜层都有各自的问题，氧化物可以制备成致密的陶瓷片，但因为脆性大而不能制备出实用的薄膜、且室温离子电导率低；硫化物的室温离子电导率高，但无法制备出致密的薄膜且强度差，易于断裂，对锂金属负极不稳定；聚合物虽然易于制备成薄膜，韧性好，但强度低容易被锂枝晶刺穿，且不耐高温高电压。目前，各国的研发人员正在尝试利用各固态电解质的优点研发出聚合物-氧化物和聚合物-硫化物以及其他形式的对锂稳定的复合膜，虽然可以解决强度或韧性问题，但两种材料电解质层复合产生了界面阻抗，而且会导致电解质膜整体增厚，使得组装的电池整体阻抗增加和循环性能下降，电池失效依然较快，容易发生容量跳水现象。

总之，现有技术中的锂电池固体电解质膜无法更好地兼顾高强度、高韧性、高离子电导率和好的热稳定性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种全固态锂金属负极电池用复合电解质膜、其制备方法及包括其的全固态硫化物锂离子电池，以解决现有技术中锂电池固体电解质膜无法更好地兼顾高强度、高韧性、高离子电导率和好的热稳定性的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种全固态锂金属负极电池用复合电解质膜的制备方法，其包括以下步骤：提供聚合物固态电解质膜和硫化物固态电解质膜；将聚合物固态电解质膜和硫化物固态电解质膜叠置后，采用温等静压工艺进行复合，得到全固态锂金属负极电池用复合电解质膜。

进一步地，提供聚合物固态电解质膜的步骤包括：将聚合物导离子剂、锂盐溶解于第一溶剂中，形成第一混合溶液；在第一基材表面涂布第一混合溶液，干燥，得到附于第一基材表面的聚合物固态电解质膜。