固态电解质结构及其锂电池制造技术

本实用新型专利技术提供固态电解质结构及其锂电池，其中固态电解质结构包括含有锂盐的聚合物离子导体以及全部或部分收容于所述含有锂盐的聚合物离子导体之内的无机结构，无机结构与含有锂盐的聚合物离子导体之间具有多个接触面。接触面上具有高离子电导率，锂离子可以很容易的从接触面形成的路径上通过。锂电池可包括电极层以及形成在电极层之上且面向所述固态电解质结构一侧的表面修饰层。表面修饰层的引入，既减少循环过程中锂的损失，提高首次充放电的库伦效率，提高能量密度，同时抑制电极与电解质接触界面之间不良副反应发生，提高电池安全性、循环稳定性及寿命。

Solid state electrolyte structure and lithium battery

The utility model provides a solid-state electrolyte structure and a lithium battery thereof, wherein the solid-state electrolyte structure comprises a polymer ion conductor containing lithium salts and an inorganic structure which is completely or partially contained in the polymer ion conductor containing lithium salts, and there are multiple joints between the inorganic structure and the polymer ion conductor containing lithium salts. Touch the face. With high ionic conductivity on the contact surface, lithium ions can easily pass through the path formed on the contact surface. The lithium battery may include an electrode layer and a surface modification layer formed on top of the electrode layer and facing one side of the solid-state electrolyte structure. The introduction of surface modification layer can not only reduce the loss of lithium in the cycling process, improve the Coulomb efficiency of the first charge and discharge, increase the energy density, but also inhibit the adverse reactions between the electrode and the electrolyte interface, and improve the safety, cycling stability and life of the battery.

【技术实现步骤摘要】
固态电解质结构及其锂电池
本技术涉及锂电池领域，特别涉及一种固态电解质结构及其锂电池。
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质泄漏的隐患，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。使用固态电解质结构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结构主要分为有机聚合物固态电解质结构和无机固态电解质结构两类。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，但其室温锂离子电导率较低是制约其发展的瓶颈。而无机固态电解质结构具有锂离子电导率较高、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，这是制约无机固态电解质结构发展的瓶颈。近来，对于有机无机杂化固态电解质结构的研究开始逐渐增多，有机无机杂化固态电解质结构由无机填物、有机聚合物和锂盐组成。其可以同时兼顾有机聚合物固态电解质结构和无机固态电解质结构的特性，能够解决现今固态锂电池存在的问题，是固态电解质结构新的发展方向。
技术实现思路
为克服现有固态电解质结构锂电池存在的问题，本技术提供了一种新型的固态电解质结构及其锂电池。本技术解决技术问题的技术方案是提供一技术方案：一种固态电解质结构，所述固态电解质结构包括含有锂盐的聚合物离子导体以及全部或部分收容于所述含有锂盐的聚合物离子导体之内的无机结构，其中，所述含有锂盐的聚合物离子导体包括有机聚合物与含锂的电解质盐，所述无机结构与所述含有锂盐的聚合物离子导体之间具有多个接触面。优选地，所述无机结构包括无机纳米球和/或无机纳米线，所述无机纳米球的粒径为1nm-50nm，所述无机纳米线的长度尺寸为300nm-1000nm。优选地，所述无机纳米线为沿所述固态电解质结构的厚度方向规律排列于所述含有锂盐的聚合物离子导体之内。优选地，所述无机结构包括无机多孔材料，所述无机多孔材料包括多个沿所述固态电解质结构的厚度方向排列多个孔道，所述含有锂盐的聚合物离子导体填充于所述孔道中；所述孔道的孔径为1nm至10μm。优选地，所述无机结构包括无机柱状晶体，所述无机柱状晶体为沿所述固态电解质结构的厚度方向规律排列于所述含有锂盐的聚合物离子导体之内；所述无机柱状晶体的粒径大小为100nm-1000nm。优选地，界定所述无机柱状晶体的高度方向与沿所述固态电解质结构的厚度方向一致，所述无机柱状晶体的高度等于所述固态电解质结构的厚度。本技术解决技术问题的技术方案是提供又一技术方案：一种锂电池，其包括如上所述的固态电解质结构。优选地，所述锂电池还包括电极层以及形成在所述电极层之上且面向所述固态电解质结构一侧的表面修饰层。优选地，所述表面修饰层的材质包括石榴石型固态电解质、锂磷氧氮固态电解质、铌酸锂、钽酸锂或碳酸锂中的一种或几种的组合，所述表面修饰层的厚度为10nm-150nm。优选地，所述电极层包括正极层和负极层，所述正极层包括MOx氧化物正极材料，所述负极层包括金属锂或锂硅碳负极材料。与现有技术相比，本技术所提供的固态电解质结构及其锂电池具有如下的有益效果：在本技术中所提供的固态电解质结构，其包括含有锂盐的聚合物离子导体以及全部或部分收容于所述含有锂盐的聚合物离子导体之内的无机结构，其中，所述含有锂盐的聚合物离子导体包括有机聚合物与含锂的电解质盐，所述无机结构与所述含有锂盐的聚合物离子导体之间具有多个接触面。所述接触面上具有较高的离子电导率，所以所述含有锂盐的聚合物离子导体中的锂离子可以很容易的从接触面形成的路径上通过，从而在宏观上表现出较好的锂离子电导率。本技术所提供的固态电解质结构兼顾有机聚合物固态电解质和无机固态电解质的特性，可以解决有机聚合物固态电解质稳定性差和无机固态电解质界面性能差的问题，可以设计出具有较好性能的全固态锂电池。本技术所提供的锂电池，其包括电极层、如上所述的固态电解质结构以及形成在所述电极层之上且面向所述固态电解质结构一侧的表面修饰层。表面修饰层的引入，既减少循环过程中锂的损失，提高首次充放电的库伦效率，提高能量密度，同时抑制电极与电解质接触界面之间不良副反应发生，降低循环过程中界面阻抗的增加，此外保证电池充放电过程中，锂离子在锂金属电极表面的均匀反应沉积，抑制锂枝晶的产生，降低电极体积变化，提高电池安全性、循环稳定性及循环寿命。【附图说明】图1是本技术第一实施例所提供的固态电解质结构的结构示意图。图2是本技术第一实施例的第一具体实施方式的固态电解质结构的结构示意图。图3是本技术第一实施例的第二具体实施方式的固态电解质结构的结构示意图。图4是本技术第一实施例的第三具体实施方式的固态电解质结构的结构示意图。图5A是本技术第一实施例的第四具体实施方式的固态电解质结构的俯视图的结构示意图。图5B是图5A中沿I-I方向的剖面结构示意图。图6是本技术第一实施例的第五具体实施方式的固态电解质结构的结构示意图。图7是本技术第一实施例的第六具体实施方式的固态电解质结构的结构示意图。图8是本技术第二实施例所提供的锂电池的结构示意图。图9是本技术第三实施例所提供的固态电解质结构制备方法其中一种实施方式的流程示意图。图10是图9中所示固态电解质结构制备方法另一种实施方式的流程示意图。图11是本技术第四实施例所提供的锂电池组件的制备方法的流程示意图。【具体实施方式】为了使本技术的目的，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仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。请参阅图1，本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包括含有锂盐的聚合物离子导体11以及全部或部分收容于所述含有锂盐的聚合物离子导体11之内的无机结构12，其中，所述含有锂盐的聚合物离子导体11包括有机聚合物111与含锂的电解质盐112。具体地，在本技术中，所述有机聚合物111可包括但不受限于：分为以下体系：聚氧化乙烯(PEO)、聚碳酸酯(PC)、聚环氧丙烷(PPO)、聚硅氧烷(PSi)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)、聚氯乙烯(PVC)和聚合物锂单离子导体(SLIC)。其中，所述含锂的电解质盐112可以是无机锂盐或有机锂盐，具体本文档来自技高网...

【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含有锂盐的聚合物离子导体以及全部或部分收容于所述含有锂盐的聚合物离子导体之内的无机结构，其中，所述含有锂盐的聚合物离子导体包括有机聚合物与含锂的电解质盐，所述无机结构与所述含有锂盐的聚合物离子导体之间具有多个接触面。

【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含有锂盐的聚合物离子导体以及全部或部分收容于所述含有锂盐的聚合物离子导体之内的无机结构，其中，所述含有锂盐的聚合物离子导体包括有机聚合物与含锂的电解质盐，所述无机结构与所述含有锂盐的聚合物离子导体之间具有多个接触面。2.如权利要求1中所述固态电解质结构，其特征在于：所述无机结构包括无机纳米球和/或无机纳米线，所述无机纳米球的粒径为1nm-50nm，所述无机纳米线的长度尺寸为300nm-1000nm。3.如权利要求2中所述固态电解质结构，其特征在于：所述无机纳米线为沿所述固态电解质结构的厚度方向规律排列于所述含有锂盐的聚合物离子导体之内。4.如权利要求1中所述固态电解质结构，其特征在于：所述无机结构包括无机多孔材料，所述无机多孔材料包括多个沿所述固态电解质结构的厚度方向排列多个孔道，所述含有锂盐的聚合物离子导体填充于所述孔道中；所述孔道的孔径为1nm至10μm。5.如权利要求1中所述固态电解质结构，其特征在于：所述无机结...

【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：新型
国别省市：四川,51