复合固态电解质材料及其制备方法、锂二次电池和终端技术

本申请实施例提供了一种复合固态电解质材料，包括无机固态电解质本体和完全包覆无机固态电解质本体外表面的包覆层，所述包覆层的材质为绝缘聚合物，所述包覆层的厚度小于或等于20nm。该复合固态电解质材料的包覆层可以阻隔电子从负极传入无机固态电解质本体内部，从而有效抑制锂枝晶的生长和扩散，改善锂枝晶导致的电池短路，提高电池安全性。本申请实施例还提供了该复合固态电解质材料的制备方法和锂二次电池和终端。锂二次电池和终端。锂二次电池和终端。

【技术实现步骤摘要】
复合固态电解质材料及其制备方法、锂二次电池和终端


[0001]本申请涉及电池
，特别是涉及一种复合固态电解质材料及其制备方法、锂二次电池和终端。

技术介绍

[0002]金属锂由于具有极高的理论比容量及极低的电化学电势被认为是锂二次电池的终极负极。目前商用的锂电池普遍使用液态电解质，而金属锂负极因化学性质活泼，易与液态电解质发生副反应，在界面处易生长锂枝晶，造成电池的短路和热失控等安全问题，阻碍了高能量密度金属锂电池的发展进程。采用不可燃、弹性模量较高的固态电解质(SE)替代液态电解质制得的全固态锂电池有望从根本上解决这一安全问题，并可抑制锂枝晶的生长。
[0003]固态电解质是全固态锂电池的核心，常见的固态电解质包括聚合物型和无机型，其中，无机固态电解质因具有较高的离子电导率和接近1mS/cm的锂离子迁移数而被广泛关注。然而，锂离子在无机电解质界面上的非理想行为，仍会出现锂枝晶的生长，严重时锂枝晶甚至穿过无机固态电解质，造成电池短路等问题。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本申请实施例提供了一种复合固态电解质材料，通过在无机固态电解质本体的表面包被绝缘聚合物的包覆层，该包覆层可以阻隔电子从负极传入无机固态电解质本体内部，以解决现有技术中锂枝晶生长及进入电解质中导致的电池短路问题。
[0005]具体地，本申请实施例第一方面提供了一种复合固态电解质材料，包括无机固态电解质本体和完全包覆所述无机固态电解质本体外表面的包覆层，所述包覆层的材质为绝缘聚合物，所述包覆层的厚度小于或等于20nm。
[0006]本申请实施方式中，所述包覆层的厚度为5nm-20nm。该厚度的包覆层不仅可以在锂二次电池的充放电的过程中有效阻隔电子从负极端传入无机固态电解质本体内部，而且对无机固态电解质本体的高离子电导率特性影响较小。
[0007]本申请实施方式中，所述包覆层还完全包覆所述无机固态电解质本体与外界连通的孔隙内壁。此时，所述包覆层的包覆程度极高，可完全阻隔电子从负极传入无机固态电解质本体内部，更好地避免锂枝晶生长。
[0008]本申请实施方式中，所述包覆层的电子电导率小于或等于10-12
S
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cm-1
。该包覆层的绝缘性较高，能更好地阻隔电子的传输。
[0009]本申请实施方式中，所述复合固态电解质材料在室温下的离子电导率在10-6
S
·
cm-1
以上。无机固态电解质本体的外表面经上述包覆层包覆后，所得复合固态电解质材料的离子电导率不受影响。
[0010]本申请实施方式中，所述复合固态电解质材料中，所述绝缘聚合物的质量占比为0.1％-2％。该质量可以保证包覆层的厚度较薄且包覆完整度较高。
[0011]本申请实施方式中，所述绝缘聚合物选自聚烯烃、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、聚对二甲苯及其衍生物和共聚物中的至少一种。
[0012]本申请实施方式中，所述绝缘聚合物的分子量为5000-500000。分子量在此范围的绝缘聚合物更有助于形成成膜均匀、包覆完整度高的上述包覆层。
[0013]本申请实施方式中，所述聚对二甲苯及其衍生物包括派瑞林N、派瑞林C、派瑞林D、派瑞林F和派瑞林HT中的至少一种。材质为聚对二甲苯或其衍生物的包覆层与无机固态电解质本体的贴合度高，能敷形到各种形状的表面，且形成的包覆层的厚度均匀、连续性好、致密无针孔。
[0014]本申请实施方式中，所述聚烯烃的支化度为40-150个支链/1000个主链碳，所述聚烯烃的支链基团包括碳原子数为1-6的支链或支链烷基。上述支化度的聚烯烃可保证所形成的包覆层在无机电解质本体上的铺展度高、锚定作用强，上述支链基团不含不饱和键，使得所述聚烯烃的化学性能稳定，耐氧化。
[0015]本申请实施方式中，所述无机固态电解质本体为无机固态电解质片材或无机固态电解质颗粒。
[0016]本申请实施方式中，所述无机固态电解质本体的材质包括氧化物型固态电解质和硫化物型固态电解质中的至少一种。
[0017]本申请实施例第一方面提供的复合固态电解质材料，通过在无机固态电解质本体的表面设置可将其外表面完全包覆的包覆层，该包覆层的厚度合适，可以在锂二次电池的充放电的过程中阻隔电子从负极端传入具有一定电子电导率的无机固态电解质本体内部，而又不影响无机固态电解质本体的离子电导特性，从而有效抑制锂枝晶的生长和扩散，改善锂枝晶导致的电池短路，提高电池安全性。
[0018]相应地，本申请实施例第二方面提供了一种复合固态电解质材料的制备方法，包括：
[0019]将无机固态电解质本体采用绝缘聚合物包覆，形成完全包覆所述无机固态电解质本体外表面的包覆层，得到复合固态电解质材料；其中，所述包覆层的厚度小于或等于20nm。
[0020]本申请一实施方式中，所述无机固态电解质本体为无机固态电解质片材，所述无机固态电解质片材由多个无机固态电解质颗粒通过冷压法、热压法、流延法或加入粘结剂的煅烧法制得。
[0021]本申请另一实施方式中，所述无机固态电解质本体为无机固态电解质颗粒。
[0022]本申请又一实施方式中，所述制备方法还包括：将多个外表面包覆有所述绝缘聚合物的无机固态电解质颗粒压制成片状结合体。
[0023]本申请实施方式中，所述绝缘聚合物选自聚烯烃、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、聚对二甲苯及其衍生物和共聚物中的至少一种。
[0024]本申请实施方式中，所述包覆层通过涂覆、化学气相沉积、蒸镀沉积或溅射的方式形成。
[0025]本申请实施方式中，所述涂覆的方式包括滴涂、刷涂、喷涂、浸涂、刮涂、旋涂中的
至少一种。
[0026]本申请实施方式中，所述涂覆采用的涂布溶液包括所述绝缘聚合物和有机溶剂，其中，所述绝缘聚合物与所述有机溶剂的质量比为1:5-100。
[0027]本申请实施方式中，所述绝缘聚合物为聚对二甲苯或其衍生物，所述包覆层通过化学气相沉积法形成；在沉积过程中，沉积速度小于或等于沉积时间为250s-1000s。
[0028]本申请实施例第二方面提供的复合固态电解质材料的制备方法，工艺简单，易控制，可大规模化生产。
[0029]本申请实施例第三方面提供了一种锂二次电池，包括正电极、负电极和位于所述正电极与所述负电极之间的固态电解质，所述固态电解质包括如本申请实施例第一方面所述的复合固态电解质材料。该锂二次电池具有较佳的倍率性能、循环稳定性和安全性。
[0030]本申请实施方式中，所述负电极为锂负极，所述锂负极包括金属锂或锂合金，所述锂合金包括锂硅合金、锂铝合金、锂锡合金和锂铟合金中的至少一种。
[0031]本申请实施例第三方面提供了一种终端，包括外壳，以及位于所述外壳内部的主板和电池，所述电池包括如申请实施例第三方面所述的锂二次电池，所述锂二次电池用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合固态电解质材料，其特征在于，包括无机固态电解质本体和完全包覆所述无机固态电解质本体外表面的包覆层，所述包覆层的材质为绝缘聚合物，所述包覆层的厚度小于或等于20nm。2.如权利要求1所述的复合固态电解质材料，其特征在于，所述包覆层的厚度为5nm-20nm。3.如权利要求1所述的复合固态电解质材料，其特征在于，所述包覆层还完全包覆所述无机固态电解质本体与外界连通的孔隙内壁。4.如权利要求1所述的复合固态电解质材料，其特征在于，所述包覆层的电子电导率小于或等于10-12
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cm-1
。5.如权利要求1所述的复合固态电解质材料，其特征在于，所述复合固态电解质材料在室温下的离子电导率在10-6
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cm-1
以上。6.如权利要求1所述的复合固态电解质材料，其特征在于，所述复合固态电解质材料中，所述绝缘聚合物的质量占比为0.1％-2％。7.如权利要求1-6任一项所述的复合固态电解质材料，其特征在于，所述绝缘聚合物选自聚烯烃、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、聚对二甲苯及其衍生物和共聚物中的至少一种。8.如权利要求7所述的复合固态电解质材料，其特征在于，所述绝缘聚合物的分子量为5000-500000。9.如权利要求8所述的复合固态电解质材料，其特征在于，所述聚对二甲苯及其衍生物包括派瑞林N、派瑞林C、派瑞林D、派瑞林F和派瑞林HT中的至少一种。10.如权利要求8所述的复合固态电解质材料，其特征在于，所述聚烯烃的支化度为40-150个支链/1000个主链碳，所述聚烯烃的支链基团包括碳原子数为1-6的支链或支链烷基。11.如权利要求1-10任一项所述的复合固态电解质材料，其特征在于，所述无机固态电解质本体为无机固...

【专利技术属性】
技术研发人员：程小露，洪响，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：