[发明专利]一种粘弹性电解质修饰层及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种粘弹性电解质修饰层及其制备方法和应用。按照质量分数计所述粘弹性电解质修饰层的原料包括45～65％丁二腈、5～25％聚合物基底和20～40％锂盐。本发明所述电解质修饰层均匀涂布在极片表面，然后与固态电解质进行组装，得到全固态电池。本发明中所述电解质修饰层可渗透入电极极层中，提供层内锂离子扩散通道；连接正极与电解质界面，消除界面处可能存在的空隙；在正极与电解质之间提供锂离子扩散通道；承受正极活性物质体积变化应力，避免由于体积变化导致的界面劣化。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领，涉及一种固态电池，尤其涉及一种粘弹性电解质修饰层及其制备方法和应用。

背景技术

得益于国家对电动车行业的一系列补贴政策，国内电动车市场飞速发展。到2025年和2030年为止，单体电池的能量密度应达到400-500Wh/kg，但是，基于现有的液态电解质锂离子动力电池体系，2025年后电池能量密度与安全性能将难以满足国家要求。使用不易燃烧的固态电解质取代传统的液态电解质可以在确保电池安全性能的同时将电池的能量密度提高约66％，因此固态电池被认为是下一代电池技术的重要方向。

目前固态电池还无法实现商业化、规模化应用，这是由于其存在着一系列的界面问题。对于固态电池，其界面问题可以分为四类：(1)固态电解质电化学和化学稳定性不佳。固态电解质需要同时兼顾电性能、化学性能、物理性能及成本四方面的要求，目前尚无任何一款固态电解质可以满足。目前离子电导率较高的固态电解质，如硫化物、氧化物电解质，其电化学窗口都偏窄，难以满足高压正极材料与锂金属负极的应用。而硫化物电解质与聚合物电解质对锂金属负极稳定性较差，这限制了电池能量密度的提高；(2)电极和电解质界面接触差。由于电极与电解质均为固态，两者接触时，界面处会存在大量空隙，阻碍锂离子的传输，加速界面劣化，因此现阶段的固态电池电性能远远无法与传统电解液电池相比；(3)电极和电解质界面处应力变化。电极的活性物质，如LCO、C等在充放电过程中均会发生体积膨胀。对于固-固接触的固态电解质界面来说，该体积膨胀会导致界面处SEI膜破裂，固态电解质碎裂等一系列问题；(4)活性物质占比高的电极内部缺少离子导体，锂离子扩散困难。为了提升电芯能量密度，目前商业化的正极极片其活性物质占比一般在95～98％，额外添加离子导体会导致电芯能量密度下降，因此无法在电极内部构建良好的离子传输通道；为了解决固态电池界面问题，目前有多种思路。其中最为常见的即为在固态电池界面处添加少量电解液或原位固化电解液制备固液混合电池从而改善界面问题。

CN111509186B公开了将聚合物电解质直接涂布在极片表面形成固态电解质膜的制备方法，涂布过程中固态电解质胶液会渗透入正负极极片中提供离子传导能力，而干燥后电解质与电极会紧密贴合，避免了界面空隙的出现。而且聚合物电解质具有良好的柔性，可以承受活性物质充放电过程中产生的体积变化应力。但是，该方法受制于目前的涂布技术，当涂层过薄时会导致涂覆层的稳定性受到影响，同时，涂覆过程中，过高的固含量不利于降低涂覆层厚度，过低的固含量有不利于涂覆层的稳定，保证涂覆层的均匀性。因此该方法在工艺上难以实现。此外，还有通过溅射、旋涂、静电喷涂等方法在界面处构建修饰层的方法，都存在难以规模化应用的难题。

CN104241686A公开了一种全固态复合电解质膜，具体方案是：用聚氧化乙烯(PEO)、无机填料和锂盐为原材料，通过控制有机高分子聚合物分子量、无机填料的直径和形状、锂盐的种类、组份比例及合成条件，用溶液共混法得到一种具有高电导率(10s/CM)的并具有很好粘弹性、可塑性的全固态电解质；将制备的电解质与微孔膜通过浸渍-真空干燥得到表面具有粘弹性，中心有很好机械强度的全固态复合电解质膜。所述公开发明提高了电解质膜的安全性能，也解决了电解质与电极界面中的阻抗问题，但是对于电极和电解质界面处应力变化没有起到有益效果。