[发明专利]用于全固态锂离子电池的复合固态电解质及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于全固态锂离子电池的复合固态电解质及其制备方法。所述复合固态电解质包含无机电解质层和附着在所述无机电解质层的两个表面上的两层有机电解质层，所述有机电解质层包含锂盐和有机电解质，所述无机电解质层由稀有金属掺杂的无机电解质形成。包含本发明的复合固态电解质的电池高能量密度和高安全性。

技术领域

本发明属于电池技术领域。具体地，本发明涉及一种用于全固态锂离子电池的复合固态电解质及其制备方法。

背景技术

锂离子电池以其高的能量密度和功率密度及良好的循环性目前在电动汽车领域作为最主要的动力电源。随着技术的不断进步，人们对电动汽车的续航里程要求也越来越高，随之对锂离子电池的能量密度及安全性也提出了更高的需求。

传统液态锂离子电池的能量密度极限仅有260wh/kg。为了提高锂离子电池的能量密度，可以使用高容量正极材料和金属锂负极。然而金属锂负极和电解液反应形成锂枝晶造成电池的安全隐患，高容量正极材料与电解液反应的不稳定性也可能导致安全隐患。由此可见，传统锂离子电池的电解液是限制电芯能量密度提升的一大因素。

固态锂离子电池使用固态电解质，可有效地抑制锂枝晶和电极材料结构的不稳定性，因此具有高安全性的特点。在使用高能量密度的电极材料后，能量密度有望达到350wh/kg，是满足未来新能源汽车续航里程的良好选择。

固态电池与传统锂离子电池并无本质区别，只是将电解液替换为固态电解质。目前常见的固态电解质有有机电解质(PEO基、聚硅氧烷基、单离子导体等)、氧化物电解质(锂镧锆氧、LISICON、NASICON等)和硫化物电解质等。有机电解质的柔性较高界面特性尚可，但室温下电导率较低，限制了固态电池的性能；无机固态电解质则具有较高的室温电导率和锂离子迁移数，但和电极材料间的界面结合较差，不能很好的发挥高导电的优势。以上问题均会导致固态电池内阻增加，倍率放电能力及循环性能下降的问题。

因此，本领域中仍对能实现电池的高能量密度和高安全性的电解质存在需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于全固态锂离子电池的电解质，以实现电池的高能量密度和高安全性。

本发明所要解决的问题通过以下技术方案得以解决：

根据本发明的第一方面，提供一种用于全固态锂离子电池的复合固态电解质，其包含无机电解质层和附着在所述无机电解质层的两个表面上的两层有机电解质层，其特征在于，所述有机电解质层包含锂盐和有机电解质，所述无机电解质层由稀有金属掺杂的无机电解质形成。

根据本发明的第二方面，提供制备上述复合固态电解质的方法，其特征在于，其包括如下步骤：

i)制备稀有金属掺杂的无机电解质粉体；

ii)形成无机电解质层；

iii)制备包含有机电解质和锂盐的浆料；和

iv)在所述无机电解质层的两个表面上涂布所述包含有机电解质和锂盐的浆料并使其固化以获得复合固态电解质。

根据本发明的第三方面，所述复合固态电解质在全固态锂离子电池中的应用。

根据本发明的第四方面，提供包含所述复合固态电解质的全固态锂离子电池。

本发明的复合固态电解质具有以下优势：(1)微量的掺杂改变氧化物的晶格提高离子导电性；(2)无机电解质发挥较高的离子导电性；(3)有机电解质作为弹性层改善固-固界面的接触；和(4)锂盐的加入进一步提高电解质的离子电导率。本发明的复合固态电解质的室温电导率可达6*10^-4-1*10^-3S cm^-1。