[发明专利]固体电解质复合层、其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种固体电解质复合层、其制备方法和应用。所述方法包括以下步骤：1)将第一电解质浆料浸渍有机多孔基底中，干燥后形成多孔电解质骨架生坯；将第二电解质浆料成型得到致密电解质生坯；2)将至少一片所述的多孔‑电解质骨架生坯和至少一片所述的致密电解质生坯堆叠，烧结，得到所述的固体电解质复合层。本发明的方法有利于改善电极和电解质的界面接触，用于固态全电池装配具有非常好的界面改善效果，能够提升电池的循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种固体电解质复合层、其制备方法和应用。

背景技术

作为当今社会能源储备的重要载体，锂离子电池在消费电子、电动汽车和储能领域起着至关重要的作用，对于锂离子电池的能量密度、循环寿命以及安全性能也提出了更高的要求。目前广泛使用的锂离子电池以有机电解液作为锂离子传输导体，存在易泄露、腐蚀性强的缺点，而且发生热失控伴随起火甚至爆炸。

全固态锂电池所有电池组分都由固态组成，其所用无机固体电解质具有不可燃、无腐蚀、电化学稳定性的优点，能显著提升锂电池的安全性能。此外，致密的固体电解质能有效抑制锂枝晶生长，且使得金属锂用于负极成为可能，从而提高电池的能量密度。无机固体电解质具有较高的离子电导率，是一类具有应用前景的固体电解质材料，具有代表性的有NASICON型固体电解质，石榴石型固体电解质等无机固体电解质。

目前，制约固态电池发展的主要问题之一是电极/固体电解质的界面问题，固体电解质与电极之间不能自发形成稳定的接触，无法像液体电解液可以完全浸润电极表面，固体界面上有限的活性位点限制了锂离子的传输，因此导致固态电池较大的界面阻抗，进而影响电池的容量、循环寿命。

对于固体电解质/电极界面的改善措施，将电极和电解质进行复合成为一体化，可以有效降低电极－电解质界面阻抗，同时缩短离子传输路径，提高扩散速率。根据文献(Journal of Power Sources,2015,300:24-28)报道，Du等人将LLZTO(Li_6.4La₃Zr_1.4Ta_0.6O₁₂)电解质颗粒、锂盐LiTFSI和LFP(LiFePO₄)正极浆料混合，形成LLZTO电解质包裹正极的复合结构，但是，复合正极中会残留少量溶剂使得电池充电发生副反应。此外，构建三维结构的固体电解质，与电极复合形成复合电极，常见的有添加造孔剂法，选择聚合物颗粒、淀粉或者石墨等高温易挥发物质作为造孔剂，加入到电解质中，通过煅烧使造孔剂挥发从而形成气孔，得到多孔电极载体。根据文献(Materials Today,2018,22:S1369702118301871)，Hitz G T等人将直径10μm的交联PMMA球体作为造孔剂，与电解质LLZO(Li₇La₃Zr₂O₁₂)混合后进行流延后在1050℃℃下煅烧，得到具有多孔结构的LLZO电极载体；专利CN 112467199 A公开的方法中使用淀粉作为造孔剂，通过流延法得到三维多孔电解质。然而，流延工艺较为复杂，对粉末颗粒度有较高要求，得到材料的孔径较难分布均匀，容易形成闭孔结构，而且制备过程需要使用环境不友好的溶剂。

因此，开发一种便捷可靠的制备三维多孔结构的固体电解质的方法具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种固体电解质复合层、其制备方法和应用。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种固体电解质复合层的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将第一电解质浆料浸渍有机多孔基底中，干燥后形成多孔电解质骨架生坯；

将第二电解质浆料成型得到致密电解质生坯；