一种复合固态电解质及其制备方法和固态电池技术

本发明专利技术公开了一种复合固态电解质及其制备方法和固态电池，该复合固态电解质的原料组分包括含硫元素的聚合物、锂盐和无机硫化物电解质；含硫元素的聚合物中含C

【技术实现步骤摘要】
一种复合固态电解质及其制备方法和固态电池


[0001]本专利技术涉及固态电池
，尤其是涉及一种复合固态电解质及其制备方法和固态电池。

技术介绍

[0002]固态电池是采用固态电解质的锂离子电池，其结构中不含液体，所有材料都以固态形式存在。固态电解质作为固态电池的核心，具有不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液问题等优点，因而固态电池具有高安全性、长寿命和高能量密度。然而，目前常用的固态电解质，如聚合物固态电解质、无机氧化物电解质、无机卤化物电解质因电导率距液体电解液尚有数量级差距，所以很难实际应用；无机硫化物电解质电导率最高可达2.2x10
‑2S/cm，比液体电解液还高一个数量级，是一种非常理想的固态电解质材料，然而，无机硫化物电解质成本高，且其易与溶剂、聚合物粘接剂发生反应而失效。此外，目前还出现了一些复合电解质，其中较为常见的是由聚氧化物乙烯与锂盐、无机氧化物复合而成的复合电解质，但其离子导电率较低。少许报道的含有硫化物电解质的复合电解质也多是聚氧化乙烯与无机硫化物电解质的溶液混合后浇筑成型的复合材料，而此种复合电解质材料中的硫化物电解质可以促进聚氧化乙烯分解、恶化复合材料性能，实用性不强。因此，迫切需要寻求一种具有优异力学性能和高离子导电率的复合固态电解质。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种复合固态电解质及其制备方法和固态电池。
[0004]本专利技术的第一方面，提出了一种复合固态电解质，其原料组分包括含硫元素的聚合物、锂盐和无机硫化物电解质；所述含硫元素的聚合物中含C
‑
S
x
‑
C键，其中，x为正整数。
[0005]根据本专利技术实施例的复合固态电解质，至少具有以下有益效果：该复合固态电解质由包括特定含硫元素的聚合物、无机硫化物电解质和锂盐的组分复合而成，其中以含硫元素的聚合物作为粘结剂，在复合过程，可利用含硫元素的聚合物中硫碳键的硫元素与无机硫化物电解质中硫元素进行交换反应，以增强含硫元素的聚合物与无机硫化物电解质的界面粘结能力，进而增强复合固态电解质的力学性能；并可优化无机硫化物电解质的电化学窗口，提高复合固体电解质的导电率和电化学稳定性；同时，通过采用含硫元素的聚合物与无机硫化物电解质复合，可降低无机硫化物电解质的使用量，从而降低复合固体电解质的原料成本；此外，聚合物中的硫元素还可与锂离子形成配位，提供导锂离子的通道，进一步提高复合固体电解质的离子导电率。由上，该复合固态电解质具有优异的力学性能和高离子导电率，且原料成本低。
[0006]在本专利技术的一些实施方式中，所述复合固态电解质的原料组分包括：30wt％～99.7wt％含硫元素的聚合物、0.1wt％～50wt％锂盐和0.1wt％～70wt％无机硫化物电解质。
[0007]在本专利技术的一些实施方式中，所述含硫元素的聚合物选自聚硫醚、聚硫胶、聚苯硫醚中的至少一种。
[0008]在本专利技术的一些实施方式中，所述无机硫化物电解质选自二元硫化物电解质、三元硫化物电解质中的至少一种。
[0009]在本专利技术的一些实施方式中，所述二元硫化物电解质选自L2S
‑
P2S5；所述三元硫化物电解质选自L2S
‑
P2S5‑
MS、L2S
‑
P2S5‑
MCl、硫银锗矿型三元硫化物电解质中的至少一种，其中，M元素为金属元素、Si元素、As元素中的任一种；优选地，所述金属元素选自Ge、Al、Sn、Pb、Sb中的任一种。
[0010]在本专利技术的一些实施方式中，所述原料组分还包括0.01～10wt％添加剂，所述添加剂选自阻燃剂、界面改性剂、界面成膜剂、润湿剂、表面活性剂中的至少一种。
[0011]本专利技术的第二方面，提出了一种本专利技术第一方面所提出的任一种复合固态电解质的制备方法，包括：将各原料组分与有机溶剂混合均匀，而后浇筑或流延成型。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，将各原料组分混合均匀，具体包括：将锂盐溶于有机溶剂中，而后加入含硫元素的聚合物和无机硫化物电解质，混合均匀。
[0013]本专利技术的第三方面，提出了一种本专利技术第一方面所提出的任一种复合固态电解质的制备方法，包括：将各原料组分混合，而后通过熔融挤出流延成型。
[0014]本专利技术的第四方面，提出了一种固态电池，包括本专利技术第一方面所提出的任一种复合固态电解质。
具体实施方式
[0015]以下将结合实施例对本专利技术的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本专利技术的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本专利技术的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。
[0016]实施例1
[0017]本实施例制备了一种复合固态电解质，具体过程包括以下步骤：
[0018]S1、按以下配比取原料组分：20wt％锂盐LiTFSI、60wt％的聚硫醚(结构式为)和20wt％无机硫化物电解质LGPS(Li10GeP2S12)；
[0019]S2、将锂盐LiTFSI加入有机溶剂乙腈中，充分搅拌溶解后，依次加入聚硫醚和LGPS，并用超声分散后，1200r/min搅拌2h，得到复合电解质浆料，然后在模具中浇铸成型，60℃加热干燥24h后得到复合固态电解质。
[0020]实施例2
[0021]本实施例制备了一种复合固态电解质，具体过程包括以下步骤：
[0022]S1、按以下配比取原料组分：20wt％锂盐LiTFSI、60wt％的聚硫醚(结构式为)和20wt％二元硫化物电解质Li2S
‑
P2S5；
[0023]S2、将锂盐LiTFSI加入有机溶剂乙腈中，充分搅拌溶解后，依次加入聚硫醚和Li2S
‑
P2S5，并用超声分散后，1200r/min搅拌2h，得到复合电解质浆料，然后在模具中浇铸成
型，60℃加热干燥24h后得到复合固态电解质。
[0024]实施例3
[0025]本实施例制备了一种复合固态电解质，具体过程包括以下步骤：
[0026]S1、按以下配比取原料组分：20wt％锂盐LiTFSI、60wt％的聚硫醚(结构式为)和20wt％三元硫化物电解质Li2S
‑
P2S5‑
SnS；
[0027]S2、将锂盐LiTFSI加入有机溶剂乙酸乙酯中，充分搅拌溶解后，依次加入聚硫醚和Li2S
‑
P2S5‑
SnS，并用超声分散后，1200r/min搅拌2h，得到复合电解质浆料，然后在模具中浇铸成型，60℃加热干燥24h后得到复合固态电解质。
[0028]实施例4
[0029]本实施例制备了一种复合固态电解质，具体过程包括以下步骤：
[0030]S1、按以下配比取原料组分：20wt％锂盐LiT本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合固态电解质，其特征在于，所述复合固态电解质的原料组分包括含硫元素的聚合物、锂盐和无机硫化物电解质；所述含硫元素的聚合物中含C
‑
S
x
‑
C键，其中，x为正整数。2.根据权利要求1所述的复合固态电解质，其特征在于，所述复合固态电解质的原料组分包括：30wt％～99.7wt％含硫元素的聚合物、0.1wt％～50wt％锂盐和0.1wt％～70wt％无机硫化物电解质。3.根据权利要求1所述的复合固态电解质，其特征在于，所述含硫元素的聚合物选自聚硫醚、聚硫胶、聚苯硫醚中的至少一种。4.根据权利要求1所述的复合固态电解质，其特征在于，所述无机硫化物电解质选自二元硫化物电解质、三元硫化物电解质中的至少一种。5.根据权利要求4所述的复合固态电解质，其特征在于，所述二元硫化物电解质选自L2S
‑
P2S5；所述三元硫化物电解质选自L2S
‑
P2S5‑
MS、L2S

【专利技术属性】
技术研发人员：谢普，梁世硕，袁康，文佳琪，
申请(专利权)人：昆山宝创新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：