[发明专利]一种无机填料复合PEO固体电解质材料及制备方法和全固态电池

说明书

本发明公开了一种无机填料复合PEO固体电解质材料及制备方法和全固态电池。全固态电池包括正极层、负极层和复合固体电解质层，复合固体电解质层位于正极层与负极层之间，采用无机填料复合PEO固体电解质材料。无机填料复合PEO固体电解质材料由聚氧化乙烯、具有高离子电导率的无机粉体及锂盐组成。制备方法包括以下步骤：将锂盐加入到有机溶剂中，搅拌至完全溶解；将无机粉体加入到溶液中，搅拌均匀；在混合溶液中加入聚氧化乙烯，搅拌形成悬浊液；D：将悬浊液倾倒在模具中，干燥后得到固体电解质材料。本发明的无机填料复合PEO固体电解质材料离子电导率高、机械性能好，组装的全固态电池能有效改善电解质与负极金属锂的界面稳定性，倍率性能高。

[技术领域]

本发明涉及锂离子电池，尤其涉及一种无机填料复合PEO固体电解质材料 及制备方法和全固态电池。

[背景技术]

锂离子电池由于能量密度高、自放电率低、使用寿命长及环境友好等诸多 优点，自1991年商业化以来，已经广泛的应用在移动电话、笔记本电脑和数码 相机等便携式设备领域。而电解质是锂离子电池必不可少的组成部分，其不仅 在正负极起着运输离子的作用，而且在电池的比能量、循环性能、倍率性能和 安全性能等方面起着关键的影响因素。

目前锂离子电池中的电解液一般为有机液体电解质，它包括锂盐和溶剂， 在使用过程中存在锂离子在负极沉积形成树状枝晶、刺穿隔膜的可能，造成电 池内部短路，及电解液泄露的危险为锂离子电池的应用带来了极大的安全隐患。

以固态电解质替代传统的液态电解质，可以有效地解决锂电池的安全问题， 同时也简化了电池构造，而且可以大大提高电池能量密度。更为重要地是，固 态电解质能够有效缓解因为锂枝晶的生成而造成的短路问题。目前全固体电解 质主要包括两大类：一类是无机固体电解质，如LISICON、NASICON结构、石榴 石结构等无机固体电解质，但在常温下无机固体电解质的离子电导率比一般有 机液态电解质的离子电导率低3～5个数量级，意味着电池不能进行大倍率的充 放电，因此极大限制了其在锂离子电池中的应用。第二类是有机固体电解质， 目前有机聚合物基质材料选用最多的是聚氧化乙烯(PEO)，PEO作为有机固体 电解质，具有与锂盐可以形成稳定的络合物，塑性好、易于加工成型而且与电 极的界面接触良好等特点。然而纯PEO与锂盐形成的全固体固体电解质材料在室 温下结晶度高而具有较低的离子电导率，需要提高温度才能使用，因此PEO在实 际中的应用还需要通过复合来提高其离子电导率。

为了改善全固体聚物电解质的力学性能和离子电导率，在PEO基体中复合 无机填料可以有效提高聚合物固体电解质的离子电导率，如在PEO基体中原位 复合添加SiO₂(LinD,Liu W,Liu Y,et al.Nano letters,2015,16(1): 459-465.)可以制备30℃下离子电导率为4.4×10^-5S cm^-1，60℃下为1.2×10^-3S cm^-1的复合固体电解质；公开号为CN03136183的发明将无机氧化物加入到PEO 固体电解质基体中，制备了60℃下离子电导率为3×10^-4Scm^-1的全固体聚合物 电解质。

但是，上述方法制备的聚合物复合固态电解质在室温下的离子电导率仍相 对较低，在实际应用也只能在高温下运行，而且与PEO基体复合的无机填料为 非锂离子导体，对PEO基聚合物的复合还有提升的空间。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种离子电导率高、机械性能好的无机填 料复合PEO固体电解质材料。

本发明另一个要解决的技术问题是提供一种离子电导率高、机械性能好的 无机填料复合PEO固体电解质材料的制备方法。

本发明还有一个要解决的技术问题是提供一种电解质与负极金属锂的界面 稳定性好，倍率性能高的的全固态电池。