[发明专利]嵌入式固态电解质隔膜及其制备方法与应用

说明书

本申请公开一种嵌入式固态电解质隔膜，其特征在于，所述隔膜包含基膜和固态电解质，以在所述隔膜中所占的重量百分比计，所述基膜为20％～50％，所述固态电解质为45％～75％；其中，所述基膜为聚烯烃类聚合物基膜，所述聚烯烃类聚合物的粘均分子量为200×10⁴～500×10⁴g/mol。本申请还公开一种制备嵌入式固态电解质隔膜的方法，其包括下述步骤：将形成基膜的材料、固态电解质、偶联剂、PE‑g‑MAH、抗氧化剂和溶剂一熔融混合后进行密炼，萃取，得到嵌入式固态电解质隔膜。还公开一种包含前述嵌入式固态电解质隔膜的锂电池。本申请的嵌入式固态电解质隔膜能够有效提高隔膜离子电导率，还能够降低电解液的使用量，提高破膜温度，从而提高电池安全性能，还能够保持较好的机械强度。

技术领域

本申请涉及锂电池技术领域，具体涉及一种嵌入式固态电解质隔膜及其制备方法与应用。

背景技术

锂电池隔膜是锂电池正负极之间的一层薄膜，在锂电池进行电化学反应时，隔膜可分隔正负极，防止短路现象的发生，同时允许锂离子自由通过。锂电池隔膜是电池构成的重要组件之一，隔膜的结构决定了正负极之间离子传导内阻，隔膜与正负极之间的界面结构。

目前锂电池隔膜工艺主要有两大类：干法工艺和湿法工艺。湿法工艺的主要工序：配料-挤出-流延-双向拉伸-萃取-干燥-横向拉伸-热处理-收卷。湿法工艺以其强度均匀、轻薄化，经过十几年的发展，逐渐成为市场主流。为保持一定的离子电导率，湿法隔膜使用时需要用大量易燃的电解液浸润，当锂电池热失控时会加剧燃爆效应，带来很大的安全隐患；另外常规隔膜的破膜温度较低，一般在150℃左右，当锂电池发生短路电芯快速升温，达到隔膜的破膜温度时隔膜破裂失效，会迅速引起大面积短路起火，存在很大安全隐患。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种嵌入式固态电解质隔膜及其制备方法与应用。本申请的隔膜由于具有更高的电解质含量，能够提高隔膜离子电导率，降低电解液的用量，提高破膜温度，从而提高电池安全性能；同时本申请的隔膜采用较高分子量的聚合物作为基膜的材料，可保持较好的机械强度。

本申请的具体技术方案如下：

本申请提供一种嵌入式固态电解质隔膜，其特征在于，

所述隔膜包含基膜和固态电解质，以在所述隔膜中所占的重量百分比计，所述基膜为20％～50％，所述固态电解质为45％～75％；

其中，所述基膜为聚烯烃类聚合物基膜，所述聚烯烃类聚合物的粘均分子量为2×10⁶～5×10⁶g/mol。

优选地，所述聚烯烃类聚合物选自聚乙烯、聚丙烯和聚偏氟乙烯中的一种。

优选地，所述固态电解质由Li、La、Ti、Zr、Ge、Al、S、P、N和O中的三种以上元素构成；

优选地，所述固态电解质选自LPON、LLTO、LLZO、LATP、LAGP和LGPS中的一种，优选为LATP；

优选地，所述固态电解质的粒径D50为5～100nm，所述固态电解质的粒径D99≤300nm。

优选地，所述隔膜还包含偶联剂、PE-g-MAH和抗氧化剂；

优选地，所述偶联剂为以烷氧基钛和烷氧基铝为基础的长碳链聚合物；

优选地，以在所述隔膜中所占的重量百分比计，所述偶联剂为0.5％～1.5％，所述PE-g-MAH为1％～5％，所述抗氧化剂为0.2％～0.5％；

优选地，以在所述隔膜中所占的重量百分比计，所述基膜为30％～40％，所述固态电解质为55％～65％。

优选地，所述隔膜上有微孔，所述固态电解质以颗粒的形式嵌入所述微孔中；