一种复合固态电解质隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合固态电解质隔膜及其制备方法。该复合固态电解质隔膜包括依次层叠的基底层、复合电解质层和第一界面聚合物电解质层；其中，所述复合电解质层含有陶瓷氧化物、锂盐、以及选自第一聚合物和粘接剂中的至少一种；相对于所述复合电解质层的总重量，所述陶瓷氧化物的含量为80重量％以上。本发明专利技术的复合固态电解质隔膜能够降低界面阻抗、诱导锂离子均匀沉积同时具有高弹性模量，防止锂枝晶穿透，满足固态锂金属电池中的使用需求。满足固态锂金属电池中的使用需求。满足固态锂金属电池中的使用需求。

【技术实现步骤摘要】
一种复合固态电解质隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种复合固态电解质隔膜及其制备方法，以及包含该复合固态电解质隔膜的固态锂金属电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其具有循环寿命长、能量密度高等优点，已经成为人们日常生活当中做重要的储能设备之一。今年来，随着电动汽车的高速发展，对电池的能量密度及安全性能提出了更高的要求。固态锂金属电池使用锂金属作为负极、采用固态电解质代替传统的隔膜和电解液，不仅大幅度提高了电池的能量密度且能够显著降低电池的自燃和爆炸风险。
[0003]目前全固态锂金属电池的大规模应用仍然存在着许多重大挑战，包括固态电解质于电极材料的界面稳定性差、循环寿命短、离子电导率不足等，阻碍了固态锂金属电池的商业化应用。技术发展过程中通过减少电解液从半固态电池、准固态电池再最终过渡到全固态电池。
[0004]半固态和准固态锂金属电池中的隔膜需要具有良好的电解液浸润性或者固态电解质界面相互兼容性、和锂金属界面良好的稳定性以及抑制锂枝晶生长的能力。目前商业化的聚烯烃隔膜及固态电解质薄膜都不能同时满足上述需求。
[0005]因此，设计一种能够抑制锂枝晶生长同时又能够形成稳定界面接触的锂金属半固态电池使用的隔膜成为非常关键的技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是针对目前半固态电池中隔膜不能同时满足电解液浸润、抑制锂枝晶生长、高电导率等问题，提供了一种能够降低界面阻抗、诱导锂离子均匀沉积同时具有高弹性模量，防止锂枝晶穿透，能够满足固态锂金属电池使用的复合固态电解质隔膜及其制备方法。
[0007]本专利技术第一方面提供一种复合固态电解质隔膜，该复合固态电解质隔膜包括依次层叠的基底层、复合电解质层和第一界面聚合物电解质层；其中，所述复合电解质层含有陶瓷氧化物、锂盐、以及选自第一聚合物和粘接剂中的至少一种；相对于所述复合电解质层的总重量，所述陶瓷氧化物的含量为80重量％以上。
[0008]在一些具体实施方式中，所述锂盐选自高氯酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、三氟甲基磺酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂中的一种或多种。
[0009]在一些具体实施方式中，所述陶瓷氧化物为含锂的陶瓷氧化物，优选为锂镧锆氧、锂镧锆钽氧、锂镧钛氧、磷酸锗铝锂中的一种或多种，更优选所述含锂的陶瓷氧化物中还含有选自铝、镓、钽中的一种或多种的掺杂元素。
[0010]在一些具体实施方式中，所述粘接剂选自聚四氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇
缩丁醛、丁苯橡胶乳液、羧甲基纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯腈中的一种或多种。
[0011]在一些具体实施方式中，所述第一聚合物选自聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙二醇中的一种或多种。
[0012]在一些具体实施方式中，相对于所述复合电解质层的总重量，所述陶瓷氧化物的含量为80
‑
98.5重量％，所述第一聚合物的含量为0
‑
15重量％，所述锂盐的含量为0.3
‑
17重量％，所述粘接剂的含量为0
‑
5重量％。
[0013]在一些具体实施方式中，所述基底层为聚乙烯膜、聚丙烯膜或者聚乙烯
‑
聚丙烯复合膜。
[0014]在一些具体实施方式中，所述复合电解质层的厚度为0.5
‑
20μm，优选为5
‑
15μm。
[0015]在一些具体实施方式中，在所述基底层和所述复合电解质层之间还具有第二界面聚合物电解质层。
[0016]在一些具体实施方式中，所述第一界面聚合物电解质层和所述第二界面聚合物电解质层各自独立地含有选自聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙二醇中的一种或多种。
[0017]在一些具体实施方式中，所述第一界面聚合物电解质层的厚度为1
‑
5μm。在一些具体实施方式中，所述第二界面聚合物电解质层的厚度为1
‑
5μm。
[0018]本专利技术第二方面提供一种复合固态电解质隔膜的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
[0019](1)在基底层上涂覆复合电解质浆料以形成复合电解质层；
[0020](2)在步骤(1)形成的复合电解质层上形成第一界面聚合物电解质层；
[0021]其中，所述复合电解质浆料中含有陶瓷氧化物、锂盐、溶剂、以及选自第一聚合物和粘接剂中的至少一种；相对于所述复合电解质浆料的干基重量(即复合电解质浆料总重量中减去溶剂的重量)，所述陶瓷氧化物的用量为80重量％以上。
[0022]在一些具体实施方式中，该制备方法还包括：在基底层上形成复合电解质层之前，在基底层上形成第二界面聚合物电解质层，再在所述第二界面聚合物电解质层上涂覆复合电解质浆料以形成复合电解质层。
[0023]在一些具体实施方式中，所述第一界面聚合物电解质层和所述第二界面聚合物电解质层各自独立地含有选自聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙二醇中的一种或多种。
[0024]在一些具体实施方式中，所述锂盐选自高氯酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、三氟甲基磺酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂中的一种或多种。
[0025]在一些具体实施方式中，所述陶瓷氧化物为含锂的陶瓷氧化物，优选为锂镧锆氧、锂镧锆钽氧、锂镧钛氧、磷酸锗铝锂中的一种或多种，更优选所述含锂的陶瓷氧化物中还含有选自铝、镓、钽中的一种或多种的掺杂元素。
[0026]在一些具体实施方式中，所述粘接剂选自聚四氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇缩丁醛、丁苯橡胶乳液、羧甲基纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯腈中的一种或多种。
[0027]在一些具体实施方式中，所述第一聚合物选自聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙二醇中的一种或多种。
[0028]在一些具体实施方式中，相对于所述复合电解质浆料的干基重量，所述陶瓷氧化物的用量为80
‑
98.5重量％，所述第一聚合物的用量为0
‑
15重量％，所述锂盐的用量为0.3
‑
17重量％，所述粘接剂的用量为0
‑
5重量％。
[0029]在一些具体实施方式中，所述基底层为聚乙烯膜、聚丙烯膜或者聚乙烯
‑
聚丙烯复合膜。
[0030]在一些具体实施方式中，形成复合电解质层的条件包括：温度为60
‑
90℃，时间为6
‑
24h。
[0031]本专利技术第三方面提供了上述本专利技术第一方面的复合固态电解质隔膜或者由上述本专利技术第二方面的制备方法得到的复合固态电解质隔膜在固态锂金属电池中的应用。
[0032]本专利技术第四方面提供了一种固态锂金属电池，该固态锂金属电池包括上述本专利技术第一方面的复合固态电解质隔膜或者由上述本专利技术第二方面的制备方法得到的复合固态电解质隔膜。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合固态电解质隔膜，其特征在于，该复合固态电解质隔膜包括依次层叠的基底层、复合电解质层和第一界面聚合物电解质层；其中，所述复合电解质层含有陶瓷氧化物、锂盐、以及选自第一聚合物和粘接剂中的至少一种；相对于所述复合电解质层的总重量，所述陶瓷氧化物的含量为80重量％以上。2.根据权利要求1所述的复合固态电解质隔膜，其中，所述锂盐选自高氯酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、三氟甲基磺酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂中的一种或多种。3.根据权利要求1或2所述的复合固态电解质隔膜，其中，所述陶瓷氧化物为含锂的陶瓷氧化物，优选为锂镧锆氧、锂镧锆钽氧、锂镧钛氧、磷酸锗铝锂中的一种或多种，更优选所述含锂的陶瓷氧化物中还含有选自铝、镓、钽中的一种或多种的掺杂元素。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的复合固态电解质隔膜，其中，所述粘接剂选自聚四氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇缩丁醛、丁苯橡胶乳液、羧甲基纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯腈中的一种或多种。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的复合固态电解质隔膜，其中，所述第一聚合物选自聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙二醇中的一种或多种。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的复合固态电解质隔膜，其中，相对于所述复合电解质层的总重量，所述陶瓷氧化物的含量为80
‑
98.5重量％，所述第一聚合物的含量为0
‑
15重量％，所述锂盐的含量为0.3
‑
17重量％，所述粘接剂的含量为0
‑
5重量％。7.根据权利要求1
‑
6中任一项所述的复合固态电解质隔膜，其中，所述基底层为聚乙烯膜、聚丙烯膜或者聚乙烯
‑
聚丙烯复合膜；优选地，所述复合电解质层的厚度为0.5
‑
20μm，优选为5
‑
15μm。8.根据权利要求1
‑
7中任一项所述的复合固态电解质隔膜，其中，在所述基底层和所述复合电解质层之间还具有第二界面聚合物电解质层；优选地，所述第一界面聚合物电解质层和所述第二界面聚合物电解质层各自独立地含有选自聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙二醇中的一种或多种；优选地，所述第一界面聚合物电解质层的厚度为1
‑
5μm；优选地，所述第二界面聚合物电解质层的厚度为1
‑
5μm。9.一种复合固态电解质隔膜的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：(1)在基底层上涂覆复合电解质浆料以形成复合电解质层；(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈霖，卢勇光，
申请(专利权)人：深圳欣视界科技有限公司，
类型：发明
国别省市：