复合固态电解质及其制备方法、固态电池技术

本发明专利技术属于固态电池技术领域，尤其涉及一种复合固态电解质，包括无机电解质骨架和聚合物电解质，所述无机电解质骨架包括相对设置的两个表面，至少在所述无机电解质骨架的一个表面开设有若干向另一表面延伸的孔，所述聚合物电解质填充在所述孔内，且所述聚合物电解质至少包覆在所述无机电解质骨架开设有孔的表面。本发明专利技术提供的复合固态电解质，离子迁移速率快，离子分布扩散均匀，稳定性好；并且与电极结合紧密，可降低界面阻抗。有利于提高固态电池的循环稳定性、充放电效果等性能，提高电池的电化学性能。电化学性能。电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
复合固态电解质及其制备方法、固态电池


[0001]本专利技术属于固态电池
，尤其涉及一种复合固态电解质及其制备方法，以及一种包含该固态电解质的固态电池。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池的应用范围逐渐扩展，大家对电池的安全性能、使用寿命、能量密度提出了更高的要求。但是，由于液态电解质在电极界面处发生副反应，以及电解液泄露等问题致使锂离子电池的使用安全一直为人们所担忧。而使用固体电解质组装的固态电池，可以有效阻止锂金属枝晶造成的短路问题，使得以锂金属作为电池负极成为可能，有效地解决液态电解质所带来的安全隐患，显著提高了锂离子电池的安全性能。并且，固体电解质能够在较宽的温度范围内进行工作，其电化学窗口较宽，拓宽了电极材料的使用，被称为下一代储能方案。
[0003]固态电池中的核心技术在于高离子电导率和高稳定性固态电解质的制备。目前，固态电解质主要可分为两类：聚合物电解质和陶瓷电解质。这两种电解质具有各自的特点，聚合物电解质能够与电极形成接触良好的界面，而其锂离子电导率较低；陶瓷电解质具有高离子电导率，但其与电极间的固-固界面往往存在孔隙，导致接触电阻增大。为兼具二者的优点，目前已有人向聚合物电解质中添加陶瓷颗粒或纤维电解质，制备了复合固态电解质。但是这种方法的缺陷在于无法添加高质量分数的陶瓷相(一般小于20wt.％)，否则会出现偏聚。并且，目前复合固态电解质仍无法同时有效提高离子传输均匀性，离子电导率以及与电极的接触性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种复合固态电解质及其制备方法，以及一种固态电池，旨在一定程度上解决现有固态电解质离子电导率低，并且与电极结合性能差的问题。
[0005]为实现上述申请目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种复合固态电解质，包括无机电解质骨架和聚合物电解质，所述无机电解质骨架包括相对设置的两个表面，至少在所述无机电解质骨架的一个表面开设有若干向另一表面延伸的孔，所述聚合物电解质填充在所述孔内，且所述聚合物电解质至少包覆在所述无机电解质骨架开设有孔的表面。
[0007]在一些实施例中，在所述无机电解质骨架中，相邻所述孔的间距相等，使填充在孔洞内的聚合物电解质在骨架中分布均匀。
[0008]在一些实施例中，在所述无机电解质骨架开设有孔的表面，若干所述孔呈正六边形矩阵排布，确保相邻孔洞间距相同。
[0009]在一些实施例中，所述无机电解质骨架中，所述孔的横截面为圆形，若干所述孔的直径相同，锂离子也会呈同心圆的形式向外扩散，从而使得离子在复合固态电解质中分布更加均匀。
[0010]在一些实施例中，所述孔为通孔，提高离子在复合电解质中的迁移速率。
[0011]在一些实施例中，所述孔为垂直于所述无机电解质骨架的通孔，缩短了传输路径，更有利于提到离子迁移效率。
[0012]在一些实施例中，所述孔的直径为10μm～60μm，使聚合物电解质分布均匀，使离子均匀传输迁移。
[0013]在一些实施例中，相邻所述孔之间的距离为50μm～200μm，确保复合固态电解质中离子扩散分布均匀。
[0014]在一些实施例中，所述孔的长度为80μm～150μm，基本代表复合物电解质的厚度。
[0015]在一些实施例中，所述聚合物电解质在所述无机电解质骨架开设有孔的表面的覆盖厚度为1μm～10μm，能够有效提高复合固态电解质与电极的结合紧密性，降低界面阻抗，提高电池效率和稳定性。
[0016]在一些实施例中，所述无机电解质骨架内，所述孔的体积分数为2％～10％，确保离子迁移扩散速率平衡。
[0017]在一些实施例中，所述无机电解质选自：氧化物电解质、陶瓷氧化物、硫化物电解质、钙钛矿电解质、反钙钛矿电解质中的至少一种。
[0018]在一些实施例中，所述聚合物电解质选自：聚碳酸丙烯酯基电解质、聚环氧乙烷基电解质、聚硅氧烷基电解质、脂肪族聚碳酸酯基电解质中的至少一种。
[0019]第二方面，本专利技术提供一种复合固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0020]获取无机电解质骨架，所述无机电解质骨架包括相对设置的两个表面，所述无机电解质骨架的至少一表面开设有若干孔；
[0021]在所述孔内填充聚合物电解质，并至少在所述无机电解质骨架开设有孔的表面形成聚合物包覆层，得到所述复合固态电解质。
[0022]在一些实施例中，获取无机电解质骨架的步骤包括：提供含有若干微针的模具，将无机电解质粉末填充到所述模具中，进行热压处理，脱模得到含有若干孔的所述无机电解质骨架。
[0023]在一些实施例中，在所述孔内填充聚合物电解质，并至少在所述无机电解质骨架开设有孔的表面形成聚合物包覆层的步骤包括：在所述无机电解质骨架开设有孔的表面沉积聚合物电解质，对所述聚合物电解质进行熔融热压处理，使所述聚合物电解质填充所述孔，并至少在所述无机电解质骨架含有孔的表面形成聚合物包覆层。
[0024]在一些实施例中，所述热压处理的条件包括：在温度为600℃～1500℃，压力为50MPa～200MPa的条件下进行，使无机电解质粉末受热压固化成型。
[0025]在一些实施例中，所述熔融热压处理的条件包括：在温度为30℃～80℃，压力为30MPa～100MPa的条件下进行，使聚合物点电解质熔融填充到无机电解质孔内。
[0026]在一些实施例中，所述无机电解质选自：氧化物电解质、陶瓷氧化物、硫化物电解质、钙钛矿电解质、反钙钛矿电解质中的至少一种。
[0027]在一些实施例中，所述聚合物电解质选自：聚碳酸丙烯酯基电解质、聚环氧乙烷基电解质、聚硅氧烷基电解质、脂肪族聚碳酸酯基电解质中的至少一种。
[0028]在一些实施例中，在所述无机电解质骨架中，相邻所述孔的间距相等。
[0029]在一些实施例中，在所述无机电解质骨架开设有孔的表面，若干所述孔呈正六边
形矩阵排布。
[0030]在一些实施例中，所述无机电解质骨架中，所述孔的横截面为圆形，若干所述孔的直径相同。
[0031]在一些实施例中，所述无机电解质骨架中，所述孔为通孔。
[0032]在一些实施例中，所述孔为垂直贯通于所述无机电解质骨架的通孔。
[0033]在一些实施例中，所述孔的直径为10μm～60μm。
[0034]在一些实施例中，相邻所述孔之间的距离为50μm～200μm。
[0035]在一些实施例中，所述孔的长度为80μm～150μm。
[0036]在一些实施例中，所述聚合物电解质在所述无机电解质骨架含有孔的表面的包覆厚度为1μm～10μm。
[0037]在一些实施例中，所述无机电解质骨架内，所述孔的体积分数为2％～10％。
[0038]第三方面，本专利技术提供一种固态电池，所述固体电池包含有上述的复合固态电解质，或者包含有上述方法制备的复合固态电解质。
[0039]本专利技术第一方面提供的复合固态电解质本文档来自技高网...

【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，包括无机电解质骨架和聚合物电解质，所述无机电解质骨架包括相对设置的两个表面，至少在所述无机电解质骨架的一个表面开设有若干向另一表面延伸的孔，所述聚合物电解质填充在所述孔内，且所述聚合物电解质至少包覆在所述无机电解质骨架开设有孔的表面。2.如权利要求1所述的复合固态电解质，其特征在于，在所述无机电解质骨架中，相邻所述孔的间距相等；和/或在所述无机电解质骨架开设有孔的表面，若干所述孔呈正六边形矩阵排布；和/或所述无机电解质骨架中，所述孔的横截面为圆形，若干所述孔的直径相同；和/或所述孔为通孔；和/或所述孔为垂直于所述无机电解质骨架的通孔。3.如权利要求2所述的复合固态电解质，其特征在于，所述孔的直径为10μm～60μm；和/或相邻所述孔之间的距离为50μm～200μm；和/或所述孔的长度为80μm～150μm。4.如权利要求1～3任一所述的复合固态电解质，其特征在于，所述聚合物电解质在所述无机电解质骨架开设有孔的表面的覆盖厚度为1μm～10μm；和/或所述无机电解质骨架内，所述孔的体积分数为2％～10％。5.如权利要求1～3任一所述的复合固态电解质，其特征在于，所述无机电解质选自：氧化物电解质、陶瓷氧化物、硫化物电解质、钙钛矿电解质、反钙钛矿电解质中的至少一种；和/或所述聚合物电解质选自：聚碳酸丙烯酯基电解质、聚环氧乙烷基电解质、聚硅氧烷基电解质、脂肪族聚碳酸酯基电解质中的至少一种。6.一种复合固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：获取无机电解质骨架，所述无机电解质骨架包括相对设置的两个表面，所述无机电解质骨架的至少一表面开设有若干孔；在所述孔内填充聚合物电解质，并至少在所述无机电解质骨架开设有孔的表面形成聚合物包覆层，得到所述复合固态电解质。7.如权利要求6所述的复合固态电解质的制备方法，其特征在于，获取无机电解质骨架的步骤包括：提供含有若干微针的模具，将无机电解质粉末填...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨成林，
申请(专利权)人：上海卡耐新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：