[发明专利]一种安全性能高的PEO聚合物固体电解质及其制备方法、固体锂电池

说明书

本发明涉及用于制备固体锂电池的固体电解质技术领域，尤其公开一种安全性能高的PEO聚合物固体电解质及其制备方法、固体锂电池；一种安全性能高的PEO聚合物固体电解质，包括三层固体电解质层：第一层为PAN层，由制成PAN颗粒、无机固体电解质颗粒和锂离子二次电池锂盐；第二层为无机复合层，由阻燃剂、多孔聚酰亚胺PI和锆酸镧锂LLZO纳米颗粒组成；第三层为PEO层，由PEO颗粒、双三氟甲磺酰亚胺锂LiTFSI和LLZO纳米颗粒构成；抗氧化性的PAN层与锂电池高压正极接触，抗还原性的PEO层与锂电池负极接触，有效界面稳定性和相容性，扩大电化学窗口，确保在界面处形成良好连接；高强度轻量化PI支架和阻燃剂提高了固体锂电池的安全性和循环寿命。

技术领域

本发明涉及用于制备固体锂电池的固体电解质技术领域，尤其涉及一种安全性能高的PEO聚合物固体电解质及其制备方法、固体锂电池。

背景技术

固体锂电池以其能量密度高、充放电效率高的优点得到众多消费者的青睐，同时固体锂电池的安全性能也引起了极大关注，用于制作固体锂电池的聚合物固体电解质以其优异高柔韧性、易加工性和与电极良好的界面接触性引起广泛关注，但聚合物固体电解质抗高压性能差，与高电压正极片接触时会导致聚合物分子被氧化引起电解质性能下降，构建多层异质聚合物复合固体电解质可以有效提高聚合物固体电解质的耐高压性能，拓宽固体电池电化学窗口，改善电池的综合性能。

中国专利CN202110271667.5公开了“一种双层复合固态电解质材料及其制备方法、应用”，制备了层叠设置的双层聚合物，匹配正极高电压聚合物电解质层和亲锂性聚合物层,在室温下可进行充放电；中国专利CN202110027400.1公开了“一种多网络结构聚酰胺基凝胶聚合物电解质的制备方法”，将聚酰胺基单体材料和锂离子电池液态电解液混合,在富羟基、羧基的多孔支撑材料上聚合成膜,得到多网络结构高强度的界面增强聚酰胺基凝胶聚合物电解质；中国专利CN201811394930.4公开了“混合离子电子导电聚合物基界面层及其制备方法和用途”，混合离子电子导电聚合物界面层在固体电解质与电池的碱金属负极相接触的界面上,包括有聚合物材料、碳材料和/或碳基材料和碱金属盐的复合材料；现有技术方案对聚合物固体电解质进行复合化，改善了聚合物固体电解质的稳定性和电化学性能，但是锂电池工作过程中面临高温的风险，现有技术得到的聚合物固体复合电解质具有一定的可燃性，实际应用中存在潜在的安全隐患。

发明内容

针对现在技术方案在聚合物固体复合电解质的安全性能上的不足，本发明提供一种安全性能高的PEO聚合物固体电解质，能显著提升用该电解质制得的固体锂电池的安全性能；本发明另一目的为提供一种安全性能高的PEO聚合物固体电解质的制备方法，制备出来的PEO聚合物固体电解质，能显著提升用该电解质制得的固体锂电池的安全性能；本发明另一目的为提供一种用安全性能高的PEO聚合物固体电解质制备的固体锂电池，具有安全性能高的优点。

本发明目的以以下技术方案来实现：

一种安全性能高的PEO聚合物固体电解质，包括与正极片接触的PAN层，由PAN颗粒、无机固体电解质颗粒和锂离子二次电池锂盐构成；与负极片接触的PEO层，由PEO颗粒、双三氟甲磺酰亚胺锂LiTFSI和导电颗粒构成；和设置在PAN层与PEO层之间的无机复合层，由阻燃剂、多孔聚酰亚胺PI和LLZO纳米颗粒组成；抗氧化性的PAN层与锂电池高压正极接触，抗还原性的PEO层与锂电池负极接触，有效提高固体电解质的界面稳定性和扩大电化学窗口，亦有效提高了界面相容性，确保在界面处形成良好连接；同时中间无机复合层添加高强度轻量化PI支架和阻燃剂，大幅度提高了固体锂电池的安全性和循环寿命。

优选的，PAN层中使用的无机固体电解质颗粒为LLZO纳米粉、钙钛矿型、NASICON颗粒中的一种，所使用的锂离子二次电池锂盐为LiTFSI、螯合硼类锂盐、螯合磷类锂盐、全氟膦类锂盐、烷基类锂盐、磺酸盐类锂盐、铝酸锂盐类、亚胺锂以及无机电解质锂盐中的一种；无机固体电解质颗粒与锂离子二次电池锂盐有助于提高锂离子传输性能，提升PAN层的锂离子电导率。