无机固态电解质薄膜及其制备方法及无机全固态电池技术

本发明专利技术提供一种无机固态电解质薄膜及其制备方法以及无机全固态电池。所述无机固态电解质薄膜包括聚合物基体以及无机电解质颗粒。所述无机电解质颗粒形成单颗粒分散层并分散于所述聚合物基体，且所述无机电解质颗粒的头部和尾部均露出于所述聚合物基体。所述无机电解质颗粒包括硫系固态电解质。当本发明专利技术的无机固态电解质薄膜应用到无机全固态电池中后，能够显著提高无机全固态电池的能量密度并大大改善循环性能。

【技术实现步骤摘要】
无机固态电解质薄膜及其制备方法及无机全固态电池
本专利技术涉及电池
，具体涉及一种无机固态电解质薄膜及其制备方法及无机全固态电池。
技术介绍
随着锂离子电池技术的发展，全固态电池越来越受到人们关注。其中，有机全固态电池(或聚合物全固态电池)由于受到工作温度和电解质电导率的限制，进展比较缓慢；而无机全固态电池的工作温度范围广，随着硫系固态电解质的发展，电导率已经不是限制无机固态电池发展的主要因素了，现有工艺中大多数无机固态电解质层采用压片成型或涂布的方法，但由于无机固态电解质颗粒粉体的特性，厚度和可加工性都是影响其应用的不利因素，尤其在后期循环过程中由于颗粒间空隙长出的锂枝晶导致正负极短路问题很常见。针对这一问题，大量的研究学者在有机无机复合电解质层方面做工作，但与此同时会导致全固态电池整体电导率的降低，而且对后期由锂枝晶引起的短路问题没有太大改善。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种无机固态电解质薄膜及其制备方法及无机全固态电池，当所述无机固态电解质薄膜应用到无机全固态电池中后，可显著提高无机全固态电池的能量密度并大大改善循环性能。为了达到上述目的，在本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种无机固态电解质薄膜，其包括聚合物基体以及无机电解质颗粒。所述无机电解质颗粒形成单颗粒分散层并分散于所述聚合物基体，且所述无机电解质颗粒的头部和尾部均露出于所述聚合物基体。所述无机电解质颗粒包括硫系固态电解质。在本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种无机固态电解质薄膜的制备方法，用于制备本专利技术第一方面所述的无机固态电解质薄膜，包括步骤：(1)将聚合物和有机溶剂混合配成聚合物溶液，将聚合物溶液涂覆于衬底表面；(2)将无机电解质颗粒分散制成单颗粒分散层，在衬底表面的聚合物溶液中的有机溶剂未完全挥发时，将衬底涂覆有聚合物溶液的一面按压在无机电解质颗粒形成的单颗粒分散层上；(3)将衬底翻转，使涂覆有聚合物溶液的一面朝上，继续采用步骤(1)的方法分多次涂覆聚合物溶液直至对聚合物溶液进行热处理后得到的聚合物基体的厚度不小于无机电解质颗粒分散形成的单颗粒分散层的厚度；(4)移除衬底并通过刻蚀的方法使单颗粒分散层中的无机电解质颗粒的头部和尾部均露出于聚合物基体，即得到无机固态电解质薄膜。在本专利技术的第三方面，本专利技术提供了一种无机全固态电池，其包括本专利技术第一方面所述的无机固态电解质薄膜。相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：当本专利技术的无机固态电解质薄膜应用到无机全固态电池中后，能够显著提高无机全固态电池的能量密度并大大改善循环性能。附图说明图1为本专利技术的无机固态电解质薄膜的截面示意图；图2为对比例1与实施例5的交流阻抗谱图；图3为对比例2与实施例4的循环性能测试图。具体实施方式下面详细说明根据本专利技术的无机固态电解质薄膜及其制备方法及无机全固态电池。首先说明根据本专利技术第一方面的无机固态电解质薄膜。参照图1，根据本专利技术第一方面的无机固态电解质薄膜包括聚合物基体以及无机电解质颗粒。所述无机电解质颗粒形成单颗粒分散层并分散于所述聚合物基体，且所述无机电解质颗粒的头部和尾部均露出于所述聚合物基体。所述无机电解质颗粒包括硫系固态电解质。在根据本专利技术第一方面所述的无机固态电解质薄膜中，所述无机固态电解质薄膜的电导率与所述硫系固态电解质的电导率在同一数量级。在根据本专利技术第一方面所述的无机固态电解质薄膜中，硫系固态电解质的电导率高，制备的无机固态电解质薄膜的电导率与其在同一数量级，从而提高了电池的能量密度。此外，参照图1，各个无机电解质颗粒的头部和尾部均露出于所述聚合物基体，锂离子只能在单颗粒分散层中的各个无机电解质颗粒中传导，可以有效利用单颗粒的机械应力和聚合物基体对离子绝缘的特性来抑制锂枝晶在颗粒之间的孔隙生长，避免引起短路，从而大大改善电池的循环性能。在根据本专利技术第一方面所述的无机固态电解质薄膜中，所述硫系固态电解质选自Li10GeP2S12、Li10SnP2S12、Li10SiP2S12、Li2S-P2S5-LiI、Li2S-P2S5、B2S3-Li2S-LiI、Li2S-SiS2-LiPO4、Li2S-SiS2-Li4SiO4、Li3.25Ge0.25P0.24S4、Li10GeP2S11中的一种或几种。具体地，Li2S-P2S5可为Li7P3S11或Li3.25P0.95S4。在根据本专利技术第一方面所述的无机固态电解质薄膜中，所述聚合物基体选自不导电子和离子且不与所述无机电解质颗粒反应的聚合物。具体地，所述聚合物基体可选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、丁腈橡胶(NBR)、聚偏氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的一种或几种。在根据本专利技术第一方面所述的无机固态电解质薄膜中，所述硫系固态电解质的电导率可大于等于10-4S/cm。优选地，所述硫系固态电解质的电导率可大于等于10-3S/cm。在根据本专利技术第一方面所述的无机固态电解质薄膜中，所述硫系固态电解质的颗粒度为10μm～100μm。优选地，所述硫系固态电解质的颗粒度为40μm～80μm。在根据本专利技术第一方面所述的无机固态电解质薄膜中，所述无机固态电解质薄膜的厚度小于等于100μm，这样有利于降低无机全固态电池的厚度，从而提高了电池的能量密度。其次说明根据本专利技术第二方面的无机固态电解质薄膜的制备方法。根据本专利技术第二方面的无机固态电解质薄膜的制备方法，用于制备本专利技术第一方面所述的无机固态电解质薄膜，包括步骤：(1)将聚合物和有机溶剂混合配成聚合物溶液，将聚合物溶液涂覆于衬底表面；(2)将无机电解质颗粒分散制成单颗粒分散层，在衬底表面的聚合物溶液中的有机溶剂未完全挥发时，将衬底涂覆有聚合物溶液的一面按压在无机电解质颗粒形成的单颗粒分散层上；(3)将衬底翻转，使涂覆有聚合物溶液的一面朝上，继续采用步骤(1)的方法分多次涂覆聚合物溶液直至热处理后得到的聚合物基体的厚度不小于无机电解质颗粒分散形成的单颗粒分散层的厚度；(4)移除衬底并通过刻蚀的方法使单颗粒分散层中的无机电解质颗粒的头部和尾部均露出于聚合物基体，即得到无机固态电解质薄膜。在根据本专利技术第二方面所述的无机固态电解质薄膜的制备方法中，在步骤(1)中，所述衬底可选自硅片、碳化硅。在根据本专利技术第二方面所述的无机固态电解质薄膜的制备方法中，在步骤(1)中，有机溶剂选自不与硫系固态电解质反应的物质或不降低硫系固态电解质电导率的数量级的物质。具体地，有机溶剂可选自非极性或弱极性的长碳链烷烃类、胺类、长链醇类、醚类、酯类等有机溶剂。优选地，有机溶剂选自二甲苯、甲苯、庚烷、三乙胺、环戊基甲醚、丁酸丁酯、2,6-二甲基庚醇中的一种或几种。在根据本专利技术第二方面所述的无机固态电解质薄膜的制备方法中，在步骤(1)中，聚合物溶液的重量百分比浓度大于0且小于等于20％。优选地，聚合物溶液的重量百分比浓度为5％～10％。在根据本专利技术第二方面所述的无机固态电解质薄膜的制备方法中，在步骤(1)中，聚合物溶液的涂覆方式优选为旋涂，采用旋涂的方式可使无机固态电解质薄膜的膜层厚度一致性更高。在根据本专利技术第二方面所述的无机固态电解质薄膜的制备方法中，在步骤(1)中，聚合物溶液的涂覆厚度可小于等于20μm，优选小于等于10μm。进一步优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无机固态电解质薄膜，包括：聚合物基体；以及无机电解质颗粒；其特征在于，所述无机电解质颗粒形成单颗粒分散层并分散于所述聚合物基体，且所述无机电解质颗粒的头部和尾部均露出于所述聚合物基体；所述无机电解质颗粒包括硫系固态电解质。

【技术特征摘要】
1.一种无机固态电解质薄膜，包括：聚合物基体；以及无机电解质颗粒；其特征在于，所述无机电解质颗粒形成单颗粒分散层并分散于所述聚合物基体，且所述无机电解质颗粒的头部和尾部均露出于所述聚合物基体；所述无机电解质颗粒包括硫系固态电解质。2.根据权利要求1所述的无机固态电解质薄膜，其特征在于，所述硫系固态电解质选自Li10GeP2S12、Li10SnP2S12、Li10SiP2S12、Li2S-P2S5-LiI、Li2S-P2S5、B2S3-Li2S-LiI、Li2S-SiS2-LiPO4、Li2S-SiS2-Li4SiO4、Li3.25Ge0.25P0.24S4、Li10GeP2S11中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的无机固态电解质薄膜，其特征在于，所述聚合物基体选自不导电子和离子且不与所述无机电解质颗粒反应的聚合物。4.根据权利要求3所述的无机固态电解质薄膜，其特征在于，所述聚合物基体选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、丁腈橡胶、聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的无机固态电解质薄膜，其特征在于，所述硫系固态电解质的电导率大于等于10-4S/cm，优选为大于等于10-3S/cm。6.根据权利要求1所述的无机固态电解质薄膜，其特征在于，所述硫系固态电解质的颗粒度为10μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：安黎，
申请(专利权)人：东莞新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44