[发明专利]一种电解质膜及其制备方法及固态锂电池

说明书

本申请涉及一种电解质膜及其制备方法及固态锂电池，涉及锂电池的领域，电解质膜包括石墨烯基体膜和电解质材料，所述电解质材料附着于所述石墨烯基体膜的两侧且部分嵌入所述石墨烯基体膜内部孔隙；所述电解质材料包括锂盐、二氧化硅气凝胶、聚氧化乙烯和乙腈溶剂。本申请具以石墨烯基体膜作为支撑骨架，在其上复合电解质材料，电解质材料可以在石墨烯基体膜上形成连续的通道，使电解质膜的离子电导率保持在较高水平，并且通过对电解质材料的改性，有效提升锂离子的电导率和迁移效率。

技术领域

本申请涉及锂电池的领域，尤其是涉及一种电解质膜及其制备方法及固态锂电池。

背景技术

由于新能源产业的快速发展，高性能锂电池的性能和安全性问题也成为日益关注的问题。传统的锂电池主要是以液体电解质为主的电池，但是液体电解质存在易挥发、易燃等问题，在电池收到热冲击、过充、过放、短路等状况下容易出现较大的安全性问题。近年来，采用固态电解质的固态锂电池由于其较高的安全性而受到广泛的关注，固态锂电池由于采用固态电解质，所以可以从根本上解决电解质漏液等问题，具有与更高的安全性。固态锂电池主要由正极、负极和固态电解质组成，其中固态电解质在传导锂离子的同时也起到隔膜作用。

固态锂电池与传统的液态电解质制成的锂电池相比，其自燃或者爆炸的风险显著减小，安全性明显提高；电池正负极材料得到优化，非活性成分减少，电池能量密度提高；另外固态电解质长期循环时电解质不会产生干涸问题，循环寿命更长。现有的固态锂电池中所使用的固态电解质主要包括氧化物固态电解质、硫化物固态电解质和聚合物固态电解质三种。

固态电解质虽然相比于液态电解质具有诸多优势，但由于其尚处于研究阶段，技术尚未完全成熟，仍存在较多的问题，如离子电导率低、成膜性能较差、机械强度低等，上述问题也在一定程度上限制了固态电解质锂电池的发展和应用。

发明内容

针对上述技术问题，本申请提供一种电解质膜及其制备方法及固态锂电池，旨在提升固态电解质的电导率和机械性能，获得具有更优性能的锂电池。

第一方面，本申请提供一种电解质膜，采用如下的技术方案：

一种电解质膜，包括石墨烯基体膜和电解质材料，所述电解质材料附着于所述石墨烯基体膜的两侧且部分嵌入所述石墨烯基体膜内部孔隙；所述电解质材料包括锂盐、二氧化硅气凝胶、聚氧化乙烯和乙腈溶剂。

可选的，所述电解质材料包括：锂盐20～40％，二氧化硅气凝胶15～30％，聚氧化乙烯10～30％，乙腈溶剂30～50％。

通过采用上述技术方案，石墨烯基体膜作为电解质材料的支撑骨架，其内部具有大量的孔隙结构，可以很好地吸附电解质材料，电解质材料可以在石墨烯基体膜上形成连续的通道，使电解质膜的离子电导率保持在较高水平。电解质材料中，乙腈溶剂具有良好的溶分散作用，将锂盐和聚氧化乙烯溶解于乙腈溶剂中制得的电解质混合物具有较高的导电率，然后将其分散于二氧化硅气凝胶中，二氧化硅气凝胶具有良好的吸附性能，经过处理可以将电解质材料中的锂盐和聚氧化乙烯充分吸附，然后填充并附着于石墨烯基体膜上，固化后制得的电解质膜，在具有良好的机械强度的基础上，可以进一步提升锂离子的电导率和迁移效率。

可选的，所述锂盐包括高氯酸锂(LiClO₄)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、六氟砷酸锂(LiAsF₆)及六氟磷酸锂(LiPF₆)中的至少一种。

通过采用上述技术方案，锂盐优选无机锂盐，一方面无机锂盐价格低、不易分解、合成简单且能耐受高的电位，另一方面无机锂盐与二氧化硅气凝胶之间的亲和性更好，可以更好地吸附在二氧化硅气凝胶中，具有更好的分散性能。