复合固态电解质及其制备方法技术

本发明专利技术属于电池技术领域，尤其涉及一种复合固态电解质及其制备方法，以及一种固态电池

【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，以及一种固态电池
。

技术介绍

[0002]锂电池作为一种高能量密度的储能元件已在电子产品和电动车辆上得到了广泛的应用，并且有着广阔的市场发展前景
。
当前市场上的锂电池大都是基于液态电解质，具有挥发性和易燃性，不利于其安全性的提高
。
基于固态电解质的锂电池由于固态电解质的不易燃性，可以大大提高电池的安全性，同时也具有更高的能量密度，是未来锂电的主要发展方向之一
。
[0003]液态电解质的锂电池中电解质分布于隔膜和电极的孔隙中
。
隔膜可以有效的阻挡充电过程中可能形成的锂枝晶，防止短路的发生
。
固态电池虽然可以使用固态电解质层取代隔膜的作用
。
但是，隔膜作为一种更成熟的技术，其更低的密度有利于提高电芯的整体能量密度
。
此外，隔膜独有的柔韧性也有利于呼吸式的充放电模式中维持电芯内部结构的稳定性
。
固态电解质层中的导离子组分可以包括无机氧化物
、
硫化物和聚合物
。
无机固态电解质，颗粒具有刚性和不易加工性，并且固体颗粒间接触不够充分
。
聚合物电解质，具有柔性和更好的加工性，但离子电导率低
。
为了提高离子电导率，以及固态电解质层的强度稳定性，通常可以采用无机有机复合结构来实现
。/>[0004]现有技术中将隔膜与固态电解质材料复合制备固态电解质膜，但现有技术一般是采用将固态电解质材料以浆料的形式涂布在隔膜基膜表面形成复合电解质膜
。
这种方法往往需要使用溶剂配制浆料
。
一方面，溶剂的去除和多次涂布不利于生产成本的降低；另一方面，残留的溶剂也会在充放电过程中消耗电池体系中的锂
。
另外，非交联聚合物电解质涂层通常在温度升高时会有更高的流动性，而在电池的充放电过程中聚合物会承受变化的应力，其流动性和迁移性会导致正负极间内阻的变化，不利于电流密度的均匀分布，导致枝晶概率升高
。

技术实现思路

[0005]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涂层稳定性差，在充放电过程中形变大，导致电流密度分布不均匀影响电池循环寿命的问题
。
[0006]为实现上述申请目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种复合固态电解质，复合固态电解质包括多孔基膜和至少结合在基膜一表面的电解质层，电解质层中包括无机纳米材料
、
聚合物
、
纤维素和锂盐，多孔基膜的孔隙内填充有无机纳米材料
、
聚合物
、
纤维素和锂盐
。
[0008]本专利技术第一方面提供的复合固态电解质，通过其结构及各组分的协同作用，提高电解质层与多孔基膜的结合稳定性，使复合固态电解质同时具有优异的机械强度
、
离子电
导率
、
柔韧性，稳定性好，不易被破坏，提高了复合固态电解质中电流密度的分布均匀性，提高了电池的循环寿命
。
[0009]进一步地，复合固态电解质中，无机纳米材料
、
聚合物
、
纤维素和锂盐的质量比为
(0.08
～
0.12)
：1：
(0.002
～
0.1)
：
(0.2
～
4)
；该配比充分确保了复合固态电解质的稳定性
、
机械强度
、
离子电导率
、
柔韧性等综合性能
。
[0010]进一步地，电解质层中，纤维素的体积百分含量为5～
40
％；电解质层中，若纤维素含量过高，则会降低电解质层的表观电导率；若纤维素含量过低，则不能对电解质层的流变性产生足够的影响
。
[0011]进一步地，电解质层的厚度为1～
10
μ
m
，该厚度的电解质层确保了复合固态电解质的离子电导率
、
机械强度
、
稳定性等电化学性，使其能够满足不同电极材料的电池固态电池体系对电解质的要求
。
[0012]进一步地，纤维素选自微纤纤维素；该纤维素有利于提高各组分之间的结合稳定性，降低电解质层在高温下的流动性，降低了应力导致的电解质迁移，从而提高电解质的稳定性
。
[0013]进一步地，纤维素的直径为
10
～
500nm
，长度为5～
20
μ
m
；不但有利于纤维素部分渗入到多孔基膜的孔隙内，提高基膜与电解质层的稳定性；而且高长径比的纤维素有利于在电解质层中形成纳米纤维网络结构
。
[0014]进一步地，纤维素的长径比为
20
～
1000。
进一步地，纤维素的长径比为
200
～
1000。
高长径比的纤维素对电解质层的稳定性
、
流变性有更好的调节效果
。
[0015]进一步地，无机纳米材料选自石榴石型
LLZO、NASICON
型
LAPT、
氧化铝
、
氧化锆
、
氧化钛
、
二氧化硅中的至少一种；这些无机纳米材料既具有良好的离子导电率和阻燃性能，又可以提高复合固态电解质的抗应力骨架，使复合固态电解质能够承受电池充放电过程中的应力变化
。
[0016]进一步地，无机纳米材料的粒径为
0.1
～1μ
m
；既有利于无极纳米材料填充在多孔基膜的孔隙内，更好的增加基膜的强度和离子电导率，又提高了电解质层的膜层均匀性
、
致密性
、
平整性等
。
[0017]进一步地，聚合物的熔点为
50
～
200℃
；该熔点温度下聚合物易形成熔融态，不分解或发生化学反应，具有化学稳定性，作为无机纳米材料
、
锂盐
、
纤维素的分散剂，形成熔融混合浆料
。
[0018]进一步地，聚合物选自改性聚氧化乙烯
、
改性聚乙二醇中的至少一种；改性后的
PEO、PEG
，降低了结晶度，提高了聚合物的离子电导率，并有利于其与其他组分紧密接触
。
[0019]进一步地，锂盐选自：
LiPF6、LiBF4、LiPO2F2、LiTFSI、LiBOB、LiDFOB、LiN(SO2F)2中的至少一种；这些本文档来自技高网...

【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包括多孔基膜和至少结合在所述基膜一表面的电解质层，所述电解质层中包括无机纳米材料
、
聚合物
、
纤维素和锂盐，所述多孔基膜的孔隙内填充有所述无机纳米材料
、
所述聚合物
、
所述纤维素和所述锂盐
。2.
如权利要求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中，所述无机纳米材料
、
所述聚合物
、
所述纤维素和所述锂盐的质量比为
(0.08
～
0.12)
：1：
(0.002
～
0.1)
：
(0.2
～
4)
；和
/
或，所述电解质层中，所述纤维素的体积百分含量为5～
40
％；和
/
或，所述电解质层的厚度为1～
10
μ
m。3.
如权利要求1或2所述的复合固态电解质，其特征在于，所述纤维素选自微纤纤维素；和
/
或，所述纤维素的直径为
10
～
500nm
，长度为5～
20
μ
m
；和
/
或，所述纤维素的长径比为
20
～
1000。4.
如权利要求1或2所述的复合固态电解质，其特征在于，所述无机纳米材料选自石榴石型
LLZO、NASICON
型
LAPT、
氧化铝
、
氧化锆
、
氧化钛
、
二氧化硅中的至少一种；和
/
或，所述无机纳米材料的粒径为
0.1
～1μ
m
；和
/
或，所述聚合物的熔点为
50
～
200℃
；和
/
或，所述聚合物选自改性聚氧化乙烯
、
改性聚乙二醇中的至少一种
。5.
如权利要求1或2所述的复合固态电解质，其特征在于，所述锂盐选自：
LiPF6、LiBF4、LiPO2F2、LiTFSI、LiBOB、LiDFOB、LiN(SO2F)2中的至少一种；和
/
...

【专利技术属性】
技术研发人员：申英锋，单军，康树森，李婷婷，毛贵水，胡春林，陈相，
申请(专利权)人：恒大新能源技术深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：