[发明专利]一种氧化铝/硼氢化锂作填料的固态电解质、制备方法和应用

说明书

本发明公开一种氧化铝/硼氢化锂作填料的固态电解质、制备方法和应用，属于固态电解质技术领域，所述固态电解质以Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;/LiBHsubgt;4/subgt;为填料；Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;/LiBHsubgt;4/subgt;中，Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;与LiBHsubgt;4/subgt;的质量比为1:0.5～1.5，制备方法是将高分子聚合物、锂盐和有机溶剂混合，加入Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;/LiBHsubgt;4/subgt;，超声分散，搅拌，浇筑成膜，挥发有机溶剂，真空干燥，即成；所述固态电解质用于制备全固态磷酸铁锂电池。本发明固态电解质柔韧性好、膜质地均匀、界面稳定性好、离子电导率高，组装的电池在充放电循环过程中表现出与磷酸铁锂正极材料良好的相容性，循环稳定性好、库伦效率高。

技术领域

本发明属于固态电解质技术领域，尤其涉及一种氧化铝/硼氢化锂作填料的固态电解质、制备方法和应用。

背景技术

采用液态电解质和石墨阳极的传统锂离子电池存在热失控、电解液燃烧或爆炸等严重的安全隐患；此外，液体电池的能量密度已经接近瓶颈，很难满足未来对电动汽车电池日益增长的需求。在此背景下，采用不易燃固态电解质和锂金属负极的固态锂电池，因其在提高安全性和突破能量密度方面的潜力而受到广泛关注。

金属氢化物通常由金属阳离子(Li⁺，Na⁺，Mg²⁺)和络合阴离子组成，作为一种典型无机固态快离子导体，具有较宽的电化学窗口(-0.5～5V vs Li/Li⁺)、与金属负极材料有较好的兼容性、较高的离子电导率、机械灵活性以及易于器件集成和低加工成本等优点，因此，非常有潜力作为固态电解质应用于固态电池。然而，LiBH₄对空气、水敏感，严重的界面兼容问题，机械脆性，很难走向实用，阻碍了其在固态电池上的应用及发展。

固体聚合物电解质是由高分子聚合物，例如，聚环氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)等溶于有机溶剂，流延或热压成聚合物膜，与固体无机固态电解质相比，它具有界面接触好、柔韧性好、质量轻等优点。但是，聚合物电解质电化学窗口较窄、力学性能较差、离子电导率较低等缺点，限制了其实际应用。目前常用的聚合物固态电解质的改性方式主要有加入填料、交联共聚和聚合物共混等。

CN111416147A公开了一种掺有改性纳米二氧化硅填料的固态聚合物电解质制备方法，有效地抑制了聚合物的结晶，所得固态聚合物电解质具有较好的离子电导率，但是，电化学窗口有待提升。

CN114784370A公开了一种三维聚合物复合固体电解质及其制备方法，所得三维聚合物复合固体电解质可以提供更多的锂离子传输通道，提高聚合物固体电解质的常温电导率和机械强度，延长电池循环寿命，但是制备过程较为复杂。

另外，通过引入填料制备的聚合固态电解质，存在无机填料尺寸较大而难于与PEO聚合物相匹配；活性填料石榴石型(Li₇La₃ZrO₁₂)、硫银锗矿型(Li₆PS₅X(X＝Cl,Br,I))虽然能够提供Li⁺离子传输通道，但是存在制备工艺复杂和成本较高等问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种氧化铝/硼氢化锂作填料的固态电解质、制备方法和应用，本发明制备得到的氧化铝/硼氢化锂作填料的固态电解质柔韧性好、膜质地均匀、界面稳定性好、离子电导率高，具有工艺简单、成本低、高效、安全环保、适宜于工业化生产的特点，由氧化铝/硼氢化锂作填料的固态电解质组装的电池在充放电循环过程中表现出与LiFePO₄正极材料良好的相容性，且循环稳定性好、库伦效率高。