本发明专利技术涉及锂电池领域，公开了一种多层复合固态电解质及其制备方法和全固态锂电池，该多层复合固态电解质包括无机固态电解质层和分别设于其两侧表面的靠近正极的聚合物固态电解质层A和靠近负极的聚合物固态电解质层B。其制备方法包括：制备无机固态电解质层；制备聚合物固态电解质A分散液；制备聚合物固态电解质B分散液；将聚合物固态电解质A和B分散液分别均匀涂覆于无机固态电解质层的两侧，烘干，得到成品。本发明专利技术多层复合固态电解质机械强度好，与固态电极之间的接触性好，可降低界面阻抗，且该固态电解质的室温离子导电率高。且该固态电解质的室温离子导电率高。且该固态电解质的室温离子导电率高。
【技术实现步骤摘要】
一种多层复合固态电解质及其制备方法和全固态锂电池
[0001]本专利技术涉及锂电池领域，尤其涉及一种多层复合固态电解质及其制备方法和全固态锂电池。
技术介绍
[0002]锂离子电池由于高比能量、自放电小、长循环寿命、绿色环保等优点，已广泛应用在储能、电动车等领域。然而，传统的锂离子电池采用有机液体电解液，易造成电池鼓胀、漏液、燃烧甚至爆炸等，存在安全隐患，尤其是目前锂离子电池能量密度不断提升，安全性能成为不可回避的问题。与传统锂离子电池使用的液体电解质相比，固态电解质具有可燃性低、热稳定性高、无泄漏、低爆炸危险等优点，其作为固态锂电池的核心部件，可从根本上消除电池因漏液引发的冒烟、起火爆炸等安全隐患，从而极大地提升固态锂电池的安全性。然而，固态锂电池结构包括正电极、固态电解质及负电极，不同于传统的液态锂离子电池的固/液接触，其固态电解质与固态电极之间属于固/固接触，不具备润湿性，因而固/固界面具有更高的接触阻抗，严重地影响了电池的性能。
[0003]中国专利技术专利CN 108695558公开了一种全固态电池芯及其包含该电芯的高性能全固态电池。该固态电池的正极材料、负极材料、电解质和集流体四者之间是一体聚合而成的，消除了四者之间的界面，避免了界面阻抗的产生，然而该专利技术制备全固态电池室温离子导电率较低，难以满足现阶段的需求。
[0004]中国专利技术专利CN 108281702公开了一种复合固态电解质及其制备方法。该专利技术通过将无机固态电解质、聚磷腈电解质、无机小分子、锂盐按照比例溶于有机溶剂中，倒入聚四氟乙烯模具中，烘干制备得到复合固态电解质膜。该复合固态电解质膜中仍然以无机固态电解质为主，室温离子导电率有所提升，但界面阻抗仍然需要进一步改善。
[0005]综上，现有技术制备的固态电解质与固态电极之间的界面接触性差，界面阻抗高，且室温离子导电率低。因此，亟需开发一种既可降低固态锂电池循环过程中的界面阻抗，又可提高固态锂电池室温锂离子电导率的新型固态电解质，以满足现阶段的需求。
技术实现思路
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种多层复合固态电解质及其制备方法和全固态锂电池，本专利技术多层复合固态电解质机械强度好，与固态电极之间的接触性好，可降低界面阻抗，且该固态电解质的室温离子导电率高。
[0007]本专利技术的具体技术方案为：第一方面，本专利技术提供了一种多层复合固态电解质，包括无机固态电解质层和分别设置于无机固态电解质层两侧表面的靠近正极的聚合物固态电解质层A和靠近负极的聚合物固态电解质层B，所述无机固态电解质层包括无机固态电解质和聚合物添加剂；所述聚合物固态电解质层A包括聚合物固态电解质A、锂盐及无机添加剂；所述聚合物固态电解质层B包括聚合物固态电解质B、锂盐及无机添加剂。
[0008]本专利技术的创新点在于以下几点：(1)无机固态电解质层中包含大量无机固态电解质及少量聚合物添加剂，聚合物添加剂通过热压可起到粘接的作用，可使无机固态电解质层更加致密，提高复合固态电解质室温离子导电率。
[0009](2)朝向正电极的聚合物固态电解质层包含大量耐氧化聚合物电解质及少量的无机添加剂和锂盐，可适用于高电压锂电池，提高电池的能量密度，同时聚合物电解质与固态正电极接触面积更大，可有效地改善二者的接触性，降低界面阻抗，无机添加剂的加入可以提高聚合物电解质层的机械强度及离子导电率。
[0010](3)朝向负电极的聚合物固态电解质层包含大量抗还原聚合物电解质及少量的无机添加剂和锂盐，可防止锂枝晶刺穿固态电解质，同时聚合物电解质与固态负电极接触面积更大，可有效地改善二者的接触性，降低界面阻抗，少量的无机添加剂的加入可以提高聚合物电解质层的机械强度及离子导电率。
[0011](4)在无机固态电解质层表面分别设置一层较薄聚合物电解质层，无机固态电解质层起到提高复合固态电解质离子导电率的作用，聚合物电解质层包覆无机固态电解质层，起到改善界面接触性，降低界面阻抗，提高复合固态电解质机械强度的作用，二者协调效应，可满足既可降低固态锂电池循环过程中的界面阻抗，又可提高固态锂电池室温锂离子电导率的高强度复合固态电解质。
[0012]作为优选，所述的无机固态电解质层的厚度为50～200μm；所述聚合物固态电解质层A和聚合物固态电解质层B的厚度独立地为0.1～5μm；且聚合物固态电解质层B的厚度不低于聚合物固态电解质层A的厚度。
[0013]聚合物固态电解质层B的厚度不低于聚合物固态电解质层A的厚度是基于安全性及能量密度的考量，因为负极具有还原性，同时有产生锂枝晶的风险，因此朝向负极的聚合物固态电解质层B采用相对更厚的厚度，以抵抗被锂枝晶刺穿的风险，而基于固态锂电池能量密度的考虑，朝向正极的聚合物电解质A层的厚度设计较薄即可抵抗正极的氧化性，同时也可提高固态锂电池的体积能量密度。
[0014]作为优选，所述无机固态电解质选自锂镧钛氧、锂镧锆氧、锂镧锆钽氧和磷酸铝钛锂中的一种或多种。
[0015]作为优选，所述聚合物添加剂选自选自聚氧化乙烯、聚氨酯、聚偏氟乙烯和聚丙烯腈中的一种或多种。
[0016]作为优选，所述无机固态电解质层中无机固态电解质占70～90wt％。
[0017]作为优选，所述聚合物电解质A包括聚甲基丙烯酰胺、聚硅氧烷、聚偏氟乙烯
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六氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯腈和聚磷腈中的一种或多种。
[0018]作为优选，所述聚合物电解质B包括聚氧化乙烯、聚四氢呋喃和聚氨酯中的一种或多种。
[0019]作为优选，所述锂盐包括双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、二氟甲基磺酰亚胺锂、高氯酸锂和四氟硼酸锂中的一种或多种。
[0020]所述无机添加剂包括锂镧钛氧、锂镧锆氧、锂镧锆钽氧、磷酸铝钛锂、氮化硼、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氧化铝和氧化石墨烯中的一种或多种。
[0021]作为优选，聚合物固态电解质层A或B中聚合物电解质A或B占70～90wt％，聚合物
固态电解质层A或B中锂盐占1～10wt％。
[0022]第二方面，本专利技术提供了一种多层复合固态电解质的制备方法，包括以下步骤：步骤一：将无机固态电解质和聚合物添加剂混合，研磨均匀，然后热压，制得均一的无机固态电解质层；步骤二：将聚合物固态电解质A溶解于N，N
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二甲基乙酰胺中，然后添加锂盐及无机添加剂，混合均匀，得到聚合物固态电解质A分散液；步骤三：将聚合物固态电解质B溶解于N，N
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二甲基乙酰胺中，然后添加锂盐及无机添加剂，混合均匀，得到聚合物固态电解质B分散液；步骤四：将聚合物固态电解质A和B分散液分别均匀涂覆于所述无机固态电解质层的两侧表面，烘干，得到多层复合固态电解质。
[0023]作为优选，步骤一中，所述热压温度为50～100℃，热压压力为1～30MPa，热压时间为1～20min。
[0024]作为优选，步骤一中，制得无机固态电解质层后还经过后处理：将盐酸多巴胺添加至有机溶剂中制得浓度为5<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多层复合固态电解质，其特征在于：包括无机固态电解质层（3）和分别设置于无机固态电解质层两侧表面的靠近正极的聚合物固态电解质层A（1）和靠近负极的聚合物固态电解质层B（2），所述无机固态电解质层包括无机固态电解质和聚合物添加剂；所述聚合物固态电解质层A包括聚合物固态电解质A、锂盐及无机添加剂；所述聚合物固态电解质层B包括聚合物固态电解质B、锂盐及无机添加剂。2.如权利要求1所述的多层复合固态电解质，其特征在于：所述的无机固态电解质层厚度为50~200μm；所述聚合物固态电解质层A和聚合物固态电解质层B的厚度独立地为0.1~5μm；且聚合物固态电解质层B的厚度不低于聚合物固态电解质层A的厚度。3.如权利要求1所述的多层复合固态电解质，其特征在于：所述无机固态电解质选自锂镧钛氧、锂镧锆氧、锂镧锆钽氧和磷酸铝钛锂中的一种或多种；所述聚合物添加剂选自选自聚氧化乙烯、聚氨酯、聚偏氟乙烯和聚丙烯腈中的一种或多种。4.如权利要求1或3所述的多层复合固态电解质，其特征在于：所述无机固态电解质层中无机固态电解质占70~90wt%。5.如权利要求1所述的多层复合固态电解质，其特征在于：所述聚合物电解质A包括聚甲基丙烯酰胺、聚硅氧烷、聚偏氟乙烯
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六氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯腈和聚磷腈中的一种或多种；所述聚合物电解质B包括聚氧化乙烯、聚四氢呋喃和聚氨酯中的一种或多种；所述锂盐包括双（三氟甲基磺酰）亚胺锂、二氟甲基磺酰亚胺锂、高氯酸锂和四氟硼酸锂中的一种或多种；所述无机添加剂包括锂镧钛氧、锂镧锆氧、锂镧锆钽氧、磷酸铝钛锂、氮化硼、二...
【专利技术属性】
技术研发人员：田军，陈彬，苏敏，韩笑，李凡群，
申请(专利权)人：万向集团公司，
类型：发明
国别省市：
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