[发明专利]一种固态电解质复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种固态电解质复合材料及其制备方法和应用，包括锂盐填料复合物及由聚合物单体通过原位聚合形成于锂盐填料复合物表面的聚合物，上述锂盐填料复合物由锂盐和填料以1∶0～10的质量比制成，上述聚合物单体与锂盐的化学计量比为1～40∶1，上述聚合物为聚环氧乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚环氧乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯类共聚物和聚硅氧烷中的至少一种。本发明的固态电解质复合材料很好的阻碍了多硫化物的穿梭效应，锂离子传导性能好，能将硫稳定固定在正极区域，使活性物质硫充分反应，可用于制备具有循环性能稳定，高充放电比容量，安全性能高的全固态锂硫电池固态电解质。

技术领域

本发明属于锂硫固体电池技术领域，具体涉及一种固态电解质复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着人类科技的不断进步、新兴设备与产业的不断发展，对于能源的使用和需求不断加增。因此发展新能源汽车成为大趋势。锂硫电池基于转化反应机理因此可以提供超高的理论比容量和理论比能量，其理论比容量为1672mA hg^-1，理论比能量为2500Wh/Kg，远远高于目前广泛使用的钴酸锂273.8mA hg^-1，磷酸铁锂170mA hg^-1，三元材料280mA hg^-1等锂离子电池。因此具有极大的应用前景和研发需求。另外单质硫的价格便宜、资源丰富、对环境友好等优点使其成为最理想的锂电正极材料。目前锂硫电池存在有穿梭效应、自放电效应，循环保持率低，硫的利用率低，电解液挥发温度低等问题。在锂硫电池体系中常用的乙二醇二甲醚、1，3-二氧五环这两个电解液的闪点和沸点都相对更低，高温环境下70℃工作时电解液会挥发，因此存在一定的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种固态电解质复合材料及其制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种应用上述固态电解质复合材料的全固态锂硫电池。

本发明的技术方案如下：

一种固态电解质复合材料，包括锂盐填料复合物及由聚合物单体通过原位聚合形成于锂盐填料复合物表面的聚合物，上述锂盐填料复合物由锂盐和填料以1∶0～10的质量比制成，上述聚合物单体与锂盐的化学计量比为1～40∶1，上述聚合物为聚环氧乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚环氧乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯类共聚物和聚硅氧烷中的至少一种。

在本发明的一个优选实施方案中，所述填料为氮化硼、氮化钛、氮化钴和氮化碳中的至少一种。

在本发明的一个优选实施方案中，所述锂盐为高氯酸锂或三氟甲基磺酸锂。

上述固态电解质复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将锂盐分散于分散溶剂中，然后加入填料分散，得锂盐填料复合物悬液；

(2)向上述锂盐填料复合物悬液中加入聚合物单体，于20～60℃进行聚合反应3～12h，得到复合材料溶胶；

(3)将上述复合材料溶胶制成膜状，然后于40～150℃加热以去除分散溶剂，即得所述固态电解质复合材料。

在本发明的一个优选实施方案中，所述分散溶剂为乙腈、乙醚和四氢呋喃中的至少一种。

在本发明的一个优选实施方案中，所述锂盐与分散溶剂的比例为0.001～1g∶1mL。

本发明的另一技术方案如下：

一种全固态锂硫电池，包括电解质、正极和负极，电解质的材质为权利要求1或2所述的固态电解质复合材料，正极的材质为硫碳材料，负极的材质为金属锂。

在本发明的一个优选实施方案中，所述硫碳材料中的碳材料为活性炭、导电碳黑、碳纳米管、碳纤维、碳布、石墨和石墨烯中的至少一种。