[发明专利]固态电解质薄片及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及固态电解质及固态电池技术领域，公开了固态电解质薄片及其制备方法和应用，该方法包括：在压片模具中，(1)将含有固态电解质粉末和固态的造孔剂的混合物在第一温度下进行第一压制处理，得到第一薄片；(2)将所述第一薄片在第二温度下进行第二压制处理。本发明提供的制备固态电解质薄片的方法能够改善粉末铺覆的均匀性，增加薄片的厚度一致性，获得更薄的电解质薄片。

技术领域

本发明涉及固态电解质及固态电池技术领域，具体涉及固态电解质薄片及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、环境友好、价格低廉等特性，被广泛应用于消费类电子产品、储能电站、电动工具、电动汽车等领域。不同的应用对电池特性的要求也不尽相同，然而都对电池的能量密度和安全性提出了更高的要求。

近年来，电动汽车的兴起大大增加了锂离子电池的应用需求，随着电动汽车的推广，由电池燃烧产生的安全问题层出不穷，起火、爆炸等事故不断增加，安全问题已经成为制约传统锂离子电池进一步应用的主要因素。

传统的锂离子电池采用有机液态电解液，含有大量有机溶剂，其在较高温度下易挥发、热稳定性差，易发生燃烧起火，是影响锂离子电池安全性能的重要因素。同时，传统液态锂离子电池能量密度提升已经接近瓶颈，而对能量密度的要求却在不断提升，亟需开发新一代锂离子电池。

固态电池采用固态电解质，具有高能量密度、高安全性能等优势，被认为是最有优势的下一代锂离子电池。

相较于液态电解质，固态电解质具有不易燃、热稳定性高的特点，从根本上杜绝了燃烧的可能性，安全性能远远超过液态电解质。同时，固态电解质的电化学窗口宽，可以匹配高电压正极，强度高可以防止锂枝晶的刺穿，能够匹配高能量密度的锂金属负极，因此其组装的固态电池具有更高的能量密度。

传统锂离子电池主要包括正极、负极、电解液、隔离膜，隔离膜起到隔绝正极、负极，电子绝缘的作用。而固态电解质可以起到隔绝正极、负极的作用，因此，在固态电池中没有隔离膜，主要包括正极、负极、固态电解质，按照正极-固态电解质薄片-负极的方式堆叠在一起即可组装成为电池。

另外，固态电解质在固态电池中只起到锂离子传输及电子绝缘的作用，并不贡献容量，因此固态电解质薄片的厚度越薄，致密度越大，占据电池的空间越小，能量密度越高，同时更薄的电解质厚度意味着更短的锂离子传输路径，其内阻及倍率性能更好。

从目前文献报道及企业公开的信息来看，固态电解质片均较厚，例如浙江锋锂新能源科技有限公司的固态电解质片产品厚度范围为200-500μm，很多文献报道的固态电解质片厚度高达1mm，而传统的锂离子电池所使用的隔离膜厚度一般是4μm-25μm，因此，开发更薄的固态电解质薄片是固态电池开发的核心内容之一。

固态电解质片的制备方法一般采用粉末压片法，即将干燥的固态电解质研磨成粉末后放入模具中，在一定压力和温度下将粉末压制成薄片，脱模后取出即为固态电解质片。在压片过程中，需要将粉末平铺在模具内，然而，由于是固态粉末，很难铺覆均匀，进而会造成压制成的薄片厚度不均一甚至破损不成片，需制成较厚的电解质片才能压制成型。

文献报道的降低固态电解质片厚度的方法较少，其中CN109585914A使用了气流辅助粉料铺覆的方法，使用特制的垂直导料管道，导料管在导入粉末的过程中可以引入气流，调控气场使粉料均匀分布，并依靠重力作用均匀飘落在模具内，实现粉末的均匀铺覆，从而获得较薄的固态电解质片。然而，这种方法需要使用额外的设备辅助压片，增加了制片工艺的复杂性。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术在制备固态电解质薄片时存在的压制获得的薄片厚度不均一甚至破损不成片，需制成较厚的电解质片才能压制成型的缺陷。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种制备固态电解质薄片的方法，该方法包括：在压片模具中，