[发明专利]一种固态电解质及包含该固态电解质的固态电池

说明书

本发明公开一种固态电解质及包含该固态电解质的固态电池，通过采用三通道静电纺丝技术，以相变材料为核心，以聚合物材料作为骨架，并协同添加快离子导体，以提升固态电解质机械性能的同时构建更多的锂离子传输位点，并通过添加锂、镁、钠盐等快离子导体材料来提升离子电导率。由此制备得到的固态电解质在具有超高离子电导率的同时从源头上缓解电池内部的热量聚集，进而提升了锂离子电池的本征安全性；同时加入了快离子导体以削弱相变材料对固态电解质离子电导率的影响。本发明的固态电解质材料解决了固态电解质与电极间的界面接触性差的问题，同时赋予了固态电解质优异的温度吸收和温度调控性能。

技术领域

本发明涉及电化学储能电池领域，具体涉及一种固态电解质及其制备方法和包含该固态电解质的固态电池。

背景技术

过去20年，伴随着便携式消费电子产业的飞速发展，锂离子电池由于能量密度高、循环性能及倍率性能良好，商业化取得了巨大成功。然而，过去几十年不断发生的锂离子电池安全事故一直是该领域内的隐忧。

锂离子电池因使用高温易燃的有机电解液作为锂离子导电网络，而一旦电池内部温度因为各种原因(比如电池内部短路)达到有机溶剂的燃点，便会引起电池内部温度过高，就会引发电池起火，甚至爆炸的隐患。而电池能量密度越高，危害越大，且上述安全问题早在锂离子电池诞生之初就已经存在。近数十年来的研究表明，发展全固态锂离子电池，有可能从根源上解决上述安全隐患。而聚合物固态电解质由于其柔性和易制备的特性得到了广泛的关注。

但是，目前聚合物固态电解质由于选用常规的聚合物材料，仍不能从源头上缓解电池内部的热量聚集，尤其是在机械滥用或电滥用的条件下。

发明内容

为了改善上述技术问题，本发明提供一种固态电解质，通过在三通道同轴静电纺丝技术中加入相变材料，在具有超高离子电导率的同时从源头上缓解电池内部的热量聚集，进而提升了锂离子电池的本征安全性；同时加入了快离子导体以削弱相变材料对固态电解质离子电导率的影响。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种固态电解质，所述固态电解质包括相变材料、聚合物和快离子导体。

根据本发明，所述固态电解质中，聚合物与相变材料的质量比为16:1～5:3，示例性为16:1、15:1、12:1、10:1、8:1、5:1、3:1、5:3。

根据本发明，所述固态电解质包括具有皮芯结构的聚合物纤维，该聚合物纤维的外层为聚合物和快离子导体，内层为快离子导体和相变材料。

根据本发明，所述固态电解质包括具有三维结构的聚合物纤维，该聚合物纤维的外层包括聚合物，内层包括相变材料，快离子导体贯穿整个纤维中。

根据本发明，所述相变材料可以选自聚乙二醇、石蜡、聚烯烃类、丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)和聚酰胺(Polyamide，PA)等中的至少一种。

根据本发明，所述聚合物可以选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚碳酸酯和聚氨酯等材料中的至少一种。

根据本发明，所述快离子导体可以选自含锂离子的化合物或不含锂离子的化合物。

优选地，所述含锂离子的化合物例如可以为含锂离子的氧化物、锂盐等中的至少一种。