复合固态电解质膜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膜及其制备方法和固态电池。所述复合固态电解质膜包括氧化物固态电解质膜本体，在所述氧化物固态电解质膜本体的表面结合有用于隔绝水汽和/或空气的无机物阻挡层。所述固态电池含有本发明专利技术合固态电解质膜。本发明专利技术复合固态电解质膜在氧化物固态电解质膜本体表面形成相对致密的包覆膜层，起到隔绝水汽、空气等作用，有效提高氧化物固态电解质膜本体的稳定性，并降低界面的阻抗。阻抗。阻抗。

【技术实现步骤摘要】
复合固态电解质膜及其制备方法和固态电池


[0001]本专利技术属于电解质
，具体涉及一种复合固态电解质膜及其制备方法和固态电池。

技术介绍

[0002]采用传统液态锂电池的电动汽车在续航里程、安全性能上的问题一直无法完全解决，从而导致电动汽车安全事故频出。长续航里程、高安全性能的动力电池成为了目前动力电池市场主流需求。固态电池由于其超高的安全性能以及高能量密度使其成为下一代电池研究的主流方向。
[0003]固态电解质为固态电池的核心。传统的固态电解质主要分为氧化物，聚合物，硫化物等。其中，氧化物固态电解质由于具有良好的化学，电化学稳定性成为研究热点。
[0004]但是在实际生产和应用中发现，目前的氧化物固态电解质也存在一些不足，主要体现在目前的氧化物固态电解质在空气中或水汽环境中稳定性不足。以LLZO(Li7La3Zr2O
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)型氧化物固态电解质为例，一方面LLZO型固态电解质由于在高温烧结过程中的锂挥发等问题，使其制备过程中锂源添加过量，过量的锂源在后续的应用过程中将会与空气中的氧气、水等反应生成离子导电和电子导电差的碳酸锂；另一方面LLZO型电解质在长期接触水汽、二氧化碳后也将导致生成离子导电和电子导电差的碳酸锂。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种复合固态电解质膜及其制备方法，以解决现有氧化物固态电解质膜在空气中或水汽环境中稳定性不足的技术问题。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供一种固态电池，以解决现有固态电池由于所含固态电解质膜在空气中或水汽环境中稳定性不足而导致固态电池的电化学性能不理想的技术问题。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术的一方面，提供了一种复合固态电解质膜。所述复合固态电解质膜包括氧化物固态电解质膜本体，在所述氧化物固态电解质膜本体的表面结合有用于隔绝水汽和/或空气的无机物阻挡层。这样，本专利技术复合固态电解质膜通过在氧化物固态电解质膜本体表面包覆无机物阻挡层，使得所述无机物阻挡层形成相对致密的膜层，起到隔绝水汽、空气等作用，避免被包覆的所述氧化物固态电解质膜本体直接与水汽、空气等接触，从而有效提高氧化物固态电解质膜本体的稳定性，并降低界面的阻抗。另外，所述无机物阻挡层能够与所述氧化物固态电解质膜本体牢固结合。因此，所述复合固态电解质膜电化学性能稳定，界面阻抗低，结构牢固。
[0008]优选地，所述无机物阻挡层的无机物材料包括金属氧化物、二氧化硅、金属卤化物中的至少一种。
[0009]具体地，所述金属氧化物包括氧化铝、二氧化钛、二氧化锆、氧化镁、钛酸钡、氧化钽、氧化钇、五氧化二铌、氧化锌中的至少一种；所述金属卤化物包括氟化钙。
[0010]该优选的无机物阻挡层材料形成的无机物阻挡层致密，在能够与所述氧化物固态电解质膜本体牢固结合的同时，提高隔绝水汽、空气等作用，从而有效提高所述氧化物固态电解质膜本体的稳定性，并降低界面的阻抗。
[0011]优选地，所述无机物阻挡层的厚度为2-100nm。通过优化所述无机物阻挡层的厚度，从而提高无机物阻挡层对隔绝水汽、空气等作用以提高氧化物固态电解质膜本体的保护作用，从而提高氧化物固态电解质膜本体的稳定性和降低界面的阻抗。同时保证所述氧化物固态电解质膜本体对离子良好的导通作用。
[0012]优选地，所述无机物阻挡层是原位生长在所述氧化物固态电解质膜本体的表面。这样，所述无机物阻挡层能够牢固结合在所述氧化物固态电解质膜本体的表面，并形成致密的膜层以提高无机物阻挡层对隔绝水汽、空气等作用效果以提高对氧化物固态电解质膜本体的保护作用，从而提高所述氧化物固态电解质膜本体的稳定性和降低界面的阻抗。
[0013]优选地，所述氧化物固态电解质膜本体的氧化物固态电解质为LLZO、LATP、LAGP、LLTO中的任一种。该些优选的氧化物固态电解质膜本体具有优异的电化学性能和相对优异的电化学稳定性，且能够与无机物阻挡层之间具有优异的结合强度。
[0014]具体地，所述氧化物固态电解质膜本体为LLZO氧化物固态电解质膜本体时，所述无机物阻挡层的无机物材料为氧化铝层、氧化锌、二氧化钛中的至少一种。
[0015]通过对所述氧化物固态电解质膜本体与所述无机物阻挡层的材料选择优化形成复合结构固态电解质膜，从而提高对氧化物固态电解质膜本体的保护作用效果，从而提高所述复合固态电解质膜的结构和电化学等的稳定性，降低界面的阻抗。同时提高所述无机物阻挡层与所述氧化物固态电解质膜本体的结合强度。
[0016]本专利技术的另一方面，提供了一种复合固态电解质膜的制备方法。所述复合固态电解质膜的制备方法包括如下步骤：
[0017]提供氧化物固态电解质膜本体；
[0018]在所述氧化物固态电解质膜本体表面形成用于隔绝水汽和/或空气的无机物阻挡层。
[0019]这样，本专利技术复合固态电解质膜的制备方法通过直接在氧化物固态电解质膜本体表面形成无机物阻挡层，实现对所述氧化物固态电解质膜本体的包覆，从而起到隔绝空气、水汽的作用以保护所述氧化物固态电解质膜本体，避免所述氧化物固态电解质膜本体与空气、水汽的接触，从而提高制备的复合固态电解质膜具有高的电化学稳定性和低的界面阻抗。另外，本专利技术复合固态电解质膜的制备方法工艺步骤简洁，条件可控，能够有效保证制备的复合固态电解质膜性能稳定，且生产的效率高。
[0020]优选地，在所述氧化物固态电解质膜本体表面形成所述无机物阻挡层的方法为原子层沉积法、磁控溅射、物理气相沉积中的至少一种。通过控制所述无机物阻挡层形成方法，一方面能够提高所述无机物阻挡层的质量，提高其与所述氧化物固态电解质膜本体的结合强度，并提高所述无机物阻挡层对隔绝水汽、空气等作用以提高对氧化物固态电解质膜本体的保护作用，从而提高所述氧化物固态电解质膜本体的稳定性和降低界面的阻抗。
[0021]进一步优选地，采用所述原子层沉积法在所述氧化物固态电解质膜本体表面形成所述无机物阻挡层的方法包括如下步骤：
[0022]将所述氧化物固态电解质膜本体置于ALD反应室，并调节所述ALD反应室为惰性气
氛；
[0023]将用于形成无机物阻挡层的气相无机物前驱体通入ALD反应室并在所述氧化物固态电解质膜本体表面进行沉积；再将气相氧化剂通入ALD反应室进行反应，以在所述氧化物固态电解质膜本体表面生长所述无机物阻挡层；其中，以先将气相无机物前驱体通入ALD反应室，再将气相氧化剂通入ALD反应室进行反应为一循环，所述循环至少进行一次。
[0024]通过原子层沉积法原位生长所述无机物阻挡层以提高所述无机物阻挡层的膜层的均匀性、致密性，提高膜层质量，并提高其与氧化物固态电解质膜本体的结合强度，同时提高所述无机物阻挡层对隔绝水汽、空气等作用，从而提高所述氧化物固态电解质膜本体的稳定性和降低界面的阻抗。
[0025]具体地，所述无机物前驱体为有机金属、金属卤化物、硅源中的至少一种；和/或
[0026]所述氧化剂为去本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合固态电解质膜，包括氧化物固态电解质膜本体，其特征在于：在所述氧化物固态电解质膜本体的表面结合有用于隔绝水汽和/或空气的无机物阻挡层。2.根据权利要求1所述的复合固态电解质膜，其特征在于：所述无机物阻挡层的无机物材料包括金属氧化物、二氧化硅、金属卤化物中的至少一种；和/或所述无机物阻挡层的厚度为2-100nm。3.根据权利要求2所述的复合固态电解质膜，其特征在于：所述金属氧化物包括氧化铝、二氧化钛、二氧化锆、氧化镁、钛酸钡、氧化钽、氧化钇、五氧化二铌、氧化锌中的至少一种；所述金属卤化物包括氟化钙。4.根据权利要求1-3任一项所述的复合固态电解质膜，其特征在于：所述氧化物固态电解质膜本体的氧化物固态电解质为LLZO、LATP、LAGP、LLTO中的任一种；和/或所述无机物阻挡层是原位生长在所述氧化物固态电解质膜本体的表面。5.根据权利要求4所述的复合固态电解质膜，其特征在于：所述氧化物固态电解质膜本体为LLZO固态电解质膜本体时，所述无机物阻挡层的无机物材料为氧化铝、氧化锌、二氧化钛中的至少一种。6.一种复合固态电解质膜的制备方法，包括如下步骤：提供氧化物固态电解质膜本体；在所述氧化物固态电解质膜本体表面形成用于隔绝水汽和/或空气的无机物阻挡层。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：在所述氧化物固态电解质膜本体表...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡春林，
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：