[发明专利]一种多层复合固态电解质及其制备方法和全固态锂电池

权利要求书

1.一种多层复合固态电解质，其特征在于：包括无机固态电解质层（3）和分别设置于无机固态电解质层两侧表面的靠近正极的聚合物固态电解质层A（1）和靠近负极的聚合物固态电解质层B（2），所述无机固态电解质层包括无机固态电解质和聚合物添加剂；所述聚合物固态电解质层A包括聚合物固态电解质A、锂盐及无机添加剂；所述聚合物固态电解质层B包括聚合物固态电解质B、锂盐及无机添加剂；

所述聚合物电解质A包括聚硅氧烷、聚碳酸酯和聚磷腈中的一种或多种；

所述聚合物电解质B包括聚四氢呋喃和聚氨酯中的一种或多种；

所述的无机固态电解质层厚度为50~200μm；所述聚合物固态电解质层A和聚合物固态电解质层B的厚度独立地为0.1~5μm；且聚合物固态电解质层B的厚度不低于聚合物固态电解质层A的厚度；

所述无机固态电解质层经过后处理：将盐酸多巴胺添加至有机溶剂中制得浓度为5-15wt%的后处理液，将所述处理液调节pH至8.0-9.0后立即以0.5-1.5mL/cm³的涂覆量涂覆于无机固态电解质层的两面并加热反应，清洗后得到聚多巴胺表面修饰的无机固态电解质层；

聚合物固态电解质层A和、聚合物固态电解质层B中含有有机金属框架材料微粒，所述有机金属框架材料微粒的制备方法为：按摩尔比1:（20-30）将氯化铜和乙酸混合后超声溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，加入氯化铜等摩尔量的2-氨基对苯二甲酸超声溶解，加入水，在140-160℃下反应10-15h，经离心、洗涤、加热至65-75℃活化后，制得带氨基的铜金属有机框架材料；将所得带氨基的铜金属有机框架材料加入至二氯甲烷中，在搅拌条件下加入带氨基的铜金属有机框架材料质量1-2倍的己二酸，在140-180℃下反应10-20h，经离心、洗涤、烘干、研磨后制得微米级的带氨基和羧基的铜金属有机框架材料，即有机金属框架材料微粒。

2.如权利要求1所述的多层复合固态电解质，其特征在于：

所述无机固态电解质选自锂镧钛氧、锂镧锆氧、锂镧锆钽氧和磷酸铝钛锂中的一种或多种；

所述聚合物添加剂选自聚氧化乙烯、聚氨酯、聚偏氟乙烯和聚丙烯腈中的一种或多种。

3.如权利要求1或2所述的多层复合固态电解质，其特征在于：所述无机固态电解质层中无机固态电解质占70~90wt%。

4.如权利要求1所述的多层复合固态电解质，其特征在于：所述锂盐包括双（三氟甲基磺酰）亚胺锂、二氟甲基磺酰亚胺锂、高氯酸锂和四氟硼酸锂中的一种或多种；

所述无机添加剂包括锂镧钛氧、锂镧锆氧、锂镧锆钽氧、磷酸铝钛锂、氮化硼、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氧化铝和氧化石墨烯中的一种或多种。

5.如权利要求1或4所述的多层复合固态电解质，其特征在于：

聚合物固态电解质层A或B中聚合物电解质A或B占70~90wt%，

聚合物固态电解质层A或B中锂盐占1~10wt%。

6.一种如权利要求1-5之一所述多层复合固态电解质的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：将无机固态电解质和聚合物添加剂混合，研磨均匀，然后热压，制得均一的无机固态电解质层；

步骤二：将聚合物固态电解质A溶解于N，N-二甲基乙酰胺中，然后添加锂盐及无机添加剂，混合均匀，得到聚合物固态电解质A分散液；

步骤三：将聚合物固态电解质B溶解于N，N-二甲基乙酰胺中，然后添加锂盐及无机添加剂，混合均匀，得到聚合物固态电解质B分散液；

步骤四：将聚合物固态电解质A和B分散液分别均匀涂覆于所述无机固态电解质层的两侧表面，烘干，得到多层复合固态电解质。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述热压温度为50~100℃，热压压力为1~30MPa，热压时间为1~20min。

8.一种含有权利要求1-5之一所述多层复合固态电解质或权利要求6或7所述方法制得的多层复合固态电解质的全固态锂电池。

9.如权利要求8所述的全固态锂电池，其特征在于：

所述全固态锂电池的正极（4）的活性物质为钴酸锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料、尖晶石镍锰酸锂材料和富锂锰材料中的一种或多种；

所述全固态锂电池的负极（5）的活性物质为石墨、硅基材料、软碳、硬碳和金属锂中的一种或多种。