[发明专利]复合固态电解质膜及其制备方法和应用及锂离子电池

说明书

本发明公开了一种复合固态电解质膜及其制备方法和应用及锂离子电池，该固态电解质膜包括有机相本体和无机颗粒，该固态电解质膜具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，第一表面至第二表面的延伸方向，无机颗粒的颗粒含量逐渐增大。其制备方法包括：将含有无机颗粒的有机悬浮液静置干燥，热压。本发明实现了无机颗粒在固态电解质膜中垂直方向上的梯度分布，使其在接触锂金属负极的一侧无机颗粒浓度较低，减小界面阻抗；无机颗粒浓度较高的另一侧接触正极，实现锂离子的快速传输，提高固态电解质中的锂离子的传输速率，且利用无机颗粒优异的机械性能提高复合电解质膜的机械强度，解决了锂枝晶生长易刺穿聚合物固态电解质膜和离子电导率低的问题。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种复合固态电解质膜及其制备方法和应用及锂离子电池。

背景技术

随着生活质量的提高，各种电子设备的使用越来越广泛，如电子手表、智能手机、笔记本电脑、新能源汽车等等，这些设备对电池的性能要求越来越高。现在主要使用的是液态锂离子电池，这种电池的安全隐患很大，主要使用有机电解液，如果出现泄漏，容易导致锂电池燃烧爆炸，安全性较低，同时液态锂离子电池的理论容量密度有限，不足以支撑日益增高的能量需求。而全固态锂电池使用锂金属作为负极可以提高电池的理论容量，其使用的固态电解质与液态电解质相比具有更高的机械强度和不易燃性，可以使锂电池在负载更高能量密度的电极的同时还具有更优秀的安全性能。

经过几十年对固态电解质的不断研究，现在的固态电解质主要分为两大类，一种是聚合物固态电解质，这种电解质与锂金属负极的界面接触较好，界面阻抗较低，同时具有良好的柔韧性，但其离子导电率和机械强度较差，难以抑制锂枝晶的生长，容易被锂枝晶刺破导致电池短路，并且其电化学稳定性较低，电化学窗口较窄，在电压较高的时候容易发生氧化还原反应导致电解质失效；另一种是无机固态电解质，通过在高温下煅烧石榴石型粉末制成，无机电解质具有离子电导率高，电化学窗口大的特点，而且机械强度较高，可以有效防止锂枝晶刺破导致的电池短路，但是其柔韧性较差脆性较强，容易与锂负极之间出现一些空隙，这些空隙会导致产生空间电荷效应，致使锂离子在锂金属负极上不均匀沉积，导致锂枝晶的生长，界面阻抗较高，同时也给电池组装带来了较高的难度。

因此，现有的聚合物固态电解质和无机固态电解质均存在一定的性能缺陷，亟需一种具有较佳柔韧性和机械强度，且界面阻抗低，离子电导率和电化学稳定性较高的固态电解质。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合固态电解质膜及其制备方法和应用及锂离子电池，以改善上述技术问题。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供了一种复合固态电解质膜，该复合固态电解质膜包括有机相本体和无机颗粒，该复合固态电解质膜具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，第一表面至第二表面的延伸方向，无机颗粒的颗粒含量逐渐增大。

第二方面，本发明还提供了上述复合固态电解质膜的制备方法，其包括：将含有无机颗粒的有机悬浮液静置干燥，热压。

第三方面，本发明还提供了一种锂离子电池，其包括正极、锂金属负极以及上述复合固态电解质膜，该复合固态电解质膜的第一表面与锂金属负极连接，第二表面与正极连接。

第四方面，本发明还提供了上述复合固态电解质膜在制备锂离子电池或柔性储能器件中的应用。