固态电解质结构及其制备方法、锂电池技术

本发明专利技术涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种固态电解质结构及其制备方法、锂电池。本发明专利技术的固态电解质结构和锂电池，其包括聚合物锂盐复合膜和无机多孔膜，所述无机多孔膜具有多个孔道，所述聚合物锂盐复合膜填充在无机多孔膜的多个孔道中。本发明专利技术的固态电解质结构兼顾有有机聚合物固态电解质的结构柔性、接触界面性能好的特性和无机固态电解质的高安全性和高电压条件下结构稳定的特性，可以设计出具有良好性能的全固态锂电池。本发明专利技术的制备固态电解质的方法可以高效地制备出有机无机杂化的固态电解质，流程简单，符合大规模生产制造需求。

【技术实现步骤摘要】
固态电解质结构及其制备方法、锂电池
本专利技术涉及锂电池
，尤其涉及一种固态电解质结构及其制备方法、锂电池。
技术介绍
锂电池作为重要的能量储存单元，已经在电子产品、电动汽车、可再生能源存储等领域具有广泛的应用。现阶段已经商业化的传统液态电解质锂电池存在能量密度低、安全性差和充放电时间长等问题。相比之下，固态锂电池具有高安全性，长循环寿命，高比容量和高能量密度的特性，有望发展成为下一代商业化的锂电池。正、负极材料与电解质均为固体的锂电池被称为全固态锂电池，全固态薄膜锂电池的单节电池厚度为微米级别，相比传统的锂电池，具有以下优势：1)能量密度更高。固态锂电池的电化学窗口达到5V以上，可以与高压电极材料进行匹配，大大提高了能量密度及功率密度，能量密度方面固态锂电一般是普通锂电池的两倍以上；2)更安全。全固态电池不会有电解液泄漏的隐患，并且它的不易燃物性和无机电解质使其热稳定性更强；3)固态锂电池的寿命也会比较长，固体电解质一般是单离子导体，几乎不存在副反应。使用固态电解质除了在大型电池方面具有显著优势外，在超微超薄电池领域也有相当大的潜力。现今主流的固态电解质主要分为有机聚合物固态电解质和无机固态电解质两类。其中，有机聚合物电解质具有结构柔性、接触界面性能好等特性；而无机固态电解质具有高安全、高电压条件下结构稳定等特性，但其组装成固态电池后，电解质与电极间的界面阻抗较高且循环稳定性差。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种固态电解质结构及其制备方法、锂电池。本专利技术解决技术问题的方案是提供一种固态电解质结构，所述固态电解质结构包括聚合物锂盐复合膜和无机多孔膜，所述无机多孔膜具有多个孔道，所述聚合物锂盐复合膜填充在无机多孔膜的多个孔道中。优选地，所述无机多孔膜的材质为氧化物电解质、硫化物电解质、锂的化合物、无机陶瓷氧化物、惰性陶瓷氧化物或化合物。优选地，所述无机多孔膜的孔隙率大于30％。优选地，所述无机多孔膜的厚度为0.1～100μm，所述聚合物锂盐复合膜的厚度为0.1～100μm。优选地，所述多个孔道是规律性密集排布的。优选地，所述多个孔道沿无机多孔膜的厚度方向平直对齐。优选地，所述孔道的孔径为10nm～600nm。本专利技术还提供一种锂电池，所述锂电池包括如上所述的固态电解质结构、正极集流体、负极集流体、正极层及负极层，所述固态电解质结构设置在正极集流体和负极集流体之间，所述正极层形成于所述正极集流体面向固态电解质结构的表面上，所述负极层形成于所述负极集流体面向所述固态电解质结构的表面上。本专利技术还提供一种制备固态电解质的方法，所述制备固态电解质的方法包括以下步骤：S1：提供有机聚合物和锂盐，将有机聚合物和锂盐混合通过热挤压或者涂布的方式制备得到聚合物锂盐复合膜；S2：提供一无机多孔膜，将聚合物锂盐复合膜贴合在无机多孔膜上并进行热压合；及S3：通过熔融浸润法使聚合物锂盐复合膜填充到无机多孔膜的孔隙中，得到固态电解质。优选地，在所述步骤S3中，当无机多孔膜的孔隙中完全填充有聚合物锂盐复合膜时，熔融浸润过程截止。与现有技术相比，本专利技术的固态电解质结构，其包括聚合物锂盐复合膜和无机多孔膜，所述无机多孔膜具有多个孔道，所述聚合物锂盐复合膜填充在无机多孔膜的多个孔道中。本专利技术的有机无机杂化固态电解质结构兼顾有机聚合物固态电解质的结构柔性、接触界面性能好的特性和无机固态电解质的高安全性和高电压条件下结构稳定的特性，可以设计出具有良好性能的全固态锂电池。另外的，所述无机多孔膜的孔隙率大于30％，无机多孔膜的孔隙率越大，所述聚合物锂盐复合膜更多地填充到无机多孔膜的多个孔道中，从而使两者的接触面面积更大，有机无机杂化固态电解质结构的锂离子电导率越高。另外的，所述多个孔道沿无机多孔膜的厚度方向平直对齐，多个孔道提供了锂离子沿界面传输的新的通道，缩短了离子的扩散距离和传导路径，有利于提高离子电导率，且位于表面的聚合物锂盐复合膜有助于降低固态电解质结构的界面阻抗，有利于整个锂电池的界面优化。本专利技术的锂电池同样具有上述优点。与现有技术相比，本专利技术的制备固态电解质的方法，其包括以下步骤：S1：提供有机聚合物和锂盐，将有机聚合物和锂盐通过共混或者共聚的方式制备得到聚合物锂盐复合膜；S2：提供一无机多孔膜，将聚合物锂盐复合膜贴合在无机多孔膜上并进行热压合；及S3：通过熔融浸润法使聚合物锂盐复合膜填充到无机多孔膜的孔隙中，得到固态电解质结构。本专利技术的制备固态电解质的方法可以高效地制备出有机无机杂化的固态电解质，流程简单，符合大规模生产制造需求。而且制造出来的固态电解质兼顾有机聚合物固态电解质和无机固态电解质的特性，具有良好的稳定性和优良的界面性能，从而可以制造出性能优良的全固态锂电池。另外，当无机多孔膜的孔隙中完全填充有聚合物锂盐复合膜时，熔融浸润过程截止。所述熔融浸润的时间为12个小时以上，可以确保无机多孔膜的纳米孔道沿其厚度方向平直对齐，且纳米孔道中完全填充有聚合物锂盐复合膜，同时还形成有良好的聚合物界面，降低了固态电解质的界面阻抗。【附图说明】图1a是本专利技术第一实施例的固态电解质结构的主视结构示意图。图1b是本专利技术第一实施例的固态电解质结构的剖面结构示意图。图2a是本专利技术第一实施例的固态电解质结构的一种变形的主视结构示意图。图2b是本专利技术第一实施例的固态电解质结构的一种变形的剖面结构示意图。图3是本专利技术第二实施例的锂电池的结构示意图。图4是本专利技术第三实施例的制备固态电解质的方法的流程示意图。图5是本专利技术第三实施例的制备固态电解质的方法中步骤S1的子流程示意图。图6是本专利技术第三实施例的制备固态电解质的方法中步骤S1的另一子流程示意图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请一并参考图1a和图1b，本专利技术的第一实施例提供一种固态电解质结构10，所述固态电解质结构10包括聚合物锂盐复合膜11和无机多孔膜12，其中，所述无机多孔膜12具有一定的孔隙率，即无机多孔膜12具有多个孔道121，所述聚合物锂盐复合膜11填充到无机多孔膜12的多个孔道121中，所述聚合物锂盐复合膜11与无机多孔膜12之间具有多个接触面19。在本专利技术中，所述接触面19即为所述聚合物锂盐复合膜11与无机多孔膜12的多个孔道121相接触的面。所述接触面19上具有较高的离子电导率，所述聚合物锂盐复合膜11中的锂离子可以很容易的从接触面19形成的路径上通过，从而在宏观上表现出固态电解质结构10具有较好的锂离子电导率。所述无机多孔膜12的孔隙率大于30％，优选为大于50％，所述无机多孔膜12的孔隙率越大，所述聚合物锂盐复合膜11更多地填充到无机多孔膜12的多个孔道121中，从而使接触面19的面积更大，固态电解质结构10的锂离子电导率越高。所述无机多孔膜12的厚度为0.1～100μm，优选为0.5～50μm。所述聚合物锂盐复合膜11的厚度为0.1～100μm，优选为0.5～50μm。可以理解，所述无机多孔膜12的两个相对表面上均设置有聚合物锂盐复合膜11，或者仅在无机多孔膜12的一个表面上设置有聚合物锂盐复合膜1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态电解质结构，其特征在于：所述固态电解质结构包括聚合物锂盐复合膜和无机多孔膜，所述无机多孔膜具有多个孔道，所述聚合物锂盐复合膜填充在无机多孔膜的多个孔道中。

【技术特征摘要】
1.一种固态电解质结构，其特征在于：所述固态电解质结构包括聚合物锂盐复合膜和无机多孔膜，所述无机多孔膜具有多个孔道，所述聚合物锂盐复合膜填充在无机多孔膜的多个孔道中。2.如权利要求1所述的固态电解质结构，其特征在于：所述无机多孔膜的材质为氧化物电解质、硫化物电解质、锂的化合物、无机陶瓷氧化物、惰性陶瓷氧化物或化合物。3.如权利要求1所述的固态电解质结构，其特征在于：所述无机多孔膜的孔隙率大于30％。4.如权利要求1所述的固态电解质结构，其特征在于：所述无机多孔膜的厚度为0.1～100μm，所述聚合物锂盐复合膜的厚度为0.1～100μm。5.如权利要求1所述的固态电解质结构，其特征在于：所述多个孔道是规律性密集排布的。6.如权利要求1所述的固态电解质结构，其特征在于：所述多个孔道沿无机多孔膜的厚度方向平直对齐。7.如权利要求1所述的固态电解质结构，其特征在于：所述孔道的孔径为10nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓琨，
申请(专利权)人：成都亦道科技合伙企业有限合伙，
类型：发明
国别省市：四川,51