[发明专利]一种复合固体电解质及其制备方法、负极和锂离子电池

说明书

本发明揭示一种复合固体电解质及其制备方法、负极和锂离子电池，涉及锂离子电池技术领域。该复合固体电解质包括固态电解质骨架和氧化亚硅膜，氧化亚硅膜成膜于固态电解质骨架上；其中，固态电解质骨架包括电解质纳米纤维和导电剂，导电剂粘附于电解质纳米纤维上，氧化亚硅膜成膜于电解质纳米纤维上导电剂所在的一面。该复合固体电解质引入了电解质纳米纤维和氧化亚硅膜，电解质纳米纤维能提高锂离子电池的高温安全性能，氧化亚硅膜能提高锂离子电池的能量密度，兼顾锂离子电池的安全与能量密度两大需求；同时，电解质纳米纤维与导电剂复合形成固态电解质骨架，其能提高与氧化亚硅膜之间的离子导电率，从而保证复合固体电解质的离子导电率。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体地，涉及一种复合固体电解质及其制备方法、负极和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池因其具有高功率密度、循环寿命长、自放电低等优点，已成为便携式电子产品、无人机、电动汽车的主要储能器件。但近年来，具有沸点低、闪点低易燃易挥发的有机电解液所带来的安全隐患随着电池应用规模的增大而增大，严重制约了高比能量锂离子电池的发展。为此，随着对锂离子电池安全性和高能量密度要求的不断提升，人们逐渐关注全固态电解质。

目前，常见的固态电解质主要为聚合物固态电解质和无机固态电解质。其中，聚合物固态电解质具有良好的柔性、稳定的界面和易操作性等特性，但其离子导电率低，室温下仅有10^-7～10^-6S·cm^-1。而无机固态电解质具有高阻燃性、室温离子导电率高等特性，但其与活性物质之间存在严重的界面问题，商业化困难。由此可见，上述两种固态电解质均存在不同方面的缺陷，并非优选。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种复合固体电解质及其制备方法、负极和锂离子电池。

本发明公开的一种复合固体电解质，包括固态电解质骨架和氧化亚硅膜，氧化亚硅膜成膜于固态电解质骨架上；

其中，固态电解质骨架包括电解质纳米纤维和导电剂，导电剂粘附于电解质纳米纤维上，氧化亚硅膜成膜于电解质纳米纤维上导电剂所在的一面。

根据本发明的一实施方式，电解质纳米纤维为氧化钇掺杂二氧化锆，电解质纳米纤维呈垂直取向。

根据本发明的一实施方式，导电剂为碳管、超导碳黑、乙炔黑与石墨烯中的一种或多种。

根据本发明的一实施方式，电解质纳米纤维的厚度为5～100u，氧化亚硅膜的厚度为3～50u。

本发明公开的一种根据上述复合固体电解质的制备方法，包括以下步骤：

S1.通过静电纺丝制得纳米纤维前驱物，经过焙烧，得到电解质纳米纤维；

S2.将明胶水溶液加入到电解质纳米纤维中，经过超声振荡，得到纳米纤维混合溶液；

S3.纳米纤维混合溶液经过电场取向后，往纳米纤维混合溶液中加入导电剂，静置，得到纳米纤维骨架溶液；

S4.纳米纤维骨架溶液降温后，浸泡于戊二醛溶液中，得到固态电解质前驱物；

S5.将固态电解质前驱物进行焙烧，得到固态电解质骨架；

S6.在固态电解质骨架上形成氧化亚硅膜，得到复合固态电解质。

根据本发明的一实施方式，电解质纳米纤维与明胶水溶液的料液比为(5～100)g：(10～100)mL。

根据本发明的一实施方式，导电剂与电解质纳米纤维质量比为(1～5)：(5～10)。

根据本发明的一实施方式，戊二醛溶液与电解质纳米纤维的料液比为(50～200)mL：(5～100)g。