[发明专利]复合固态电解质、制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种复合固态电解质、制备方法及应用，包括第一固态电解质层和第二固态电解质层，所述第一固态电解质层包含有机聚合物A、锂盐和改性纳米无机固态电解质；第二固态电解质层包括有机聚合物B、锂盐、纳米金刚石、石墨烯和分散剂。本发明的设计充分考虑正极、负极技术需求，在保证高离子电导的同时，实现了耐高压、抑制锂枝晶与负极体积膨胀的兼顾。使用上述发明的电解质膜可以有效抑制固态锂电池锂枝晶的产生，提升固态锂电池的能量密度、循环寿命及安全性能。

技术领域

本发明涉及储能电池技术领域，具体涉及一种复合固态电解质、制备方法及应用。

背景技术

随着新能源汽车的快速发展，对电池的能量密度、安全性等提出了更为严苛的要求。目前主流动力电池中所采用的液态电解质由于具有易泄露、易燃的特性，存在一定的安全隐患，固态电池因兼顾能量密度与安全性能，有望作为下一代高性能电化学能量存储器件应用于电动汽车、消费电子设备等领域。

固态电解质是固态锂电池的核心组件，研制离子电导率高、电化学窗口宽、电极界面良好且可有效抑制锂枝晶等综合性能良好的固态电解质是固态电池开发的关键。目前固态电解质可分为无机固体电解质、有机聚合物电解质两大类。无机固体电解质最主要的优势是室温下离子电导率高，稳定性好且锂离子迁移数高，但其与电池电极间的固固接触能力差，制约了其规模化应用。与之相比，有机聚合物电解质具有弹性易变形的优势，可有效改善电极与电解质的界面接触，但其存在室温离子电导率低和电化学窗口窄的问题。领域内研究者通过将有机聚合物电解质以及无机固体电解质相融合，制备有机-无机复合固态电解质，结合两者优势，提升综合性能。

公布号为CN108336398A的专利申请公开了一种有机/无机复合电解质及其制备方法，该有机/无机复合电解质主要将无机固态电解质、聚合物基体和有机溶剂混合后，依次流延成膜和干燥，得到无机/有机复合固态电解质薄膜。该专利得到的电解质综合了有机、无机电解质的优点，柔韧性好，电导率高，但是简单将有机-无机电解质混合得到的复合电解质膜仍旧无法满足固态电池的综合性能需求，特别是难以同时满足与金属锂接触稳定，能抵挡锂枝晶刺穿，并能承受高电压与高电压正极材料匹配，这极大程度地限制了其在固态电池特别是以金属锂为负极的固态电池中的应用。

发明内容

本发明提出了一种复合固态电解质、制备方法及应用，制备出了不但能够抑制锂枝晶并能实现高电压的固态电池。该电池具有较高的电压，较高的比容量和循环稳定性，并且这种结构设计可以抑制金属锂枝晶的生长提高电池安全性。该固态电池制备方法简单、成本低廉、电化学性能优异，具有广阔的应用前景及优势。

实现本发明的技术方案是：

一种复合固态电解质，包括第一固态电解质层和第二固态电解质层，所述第一固态电解质层包含有机聚合物A、锂盐和改性纳米无机固态电解质；第二固态电解质层包括有机聚合物B、锂盐、纳米金刚石、石墨烯和分散剂。

第一固态电解质层中各组分的重量百分比分别为：有机聚合物A 20-80%，锂盐10-30%，改性纳米无机固态电解质1-60%。

所述改性纳米无机固态电解质的电导率在1×10^-5S/cm~1×10^-1S/cm，改性纳米无机固态电解质的粒度为10-200nm。

所述有机聚合物A为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯类共聚物、聚丙烯腈中的一种或两种以上；锂盐为LiClO₄、LiPF₆、LiBF₄、LiN(SO₂CF₃)₂和LiN(SO₂CF₂CF₃)₂中的一种或多种；改性纳米无机固态电解质为LLTO、LLZO或LATP中的一种或多种经偶联剂接枝改性所得。

所述偶联剂占改性纳米无机固态电解质质量的0.5~20%。