[发明专利]一种准固态电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种准固态电解质，原料组成包括聚合物、陶瓷电解质、锂盐和离子液体；所述聚合物包括聚偏氟乙烯‑六氟丙烯和聚碳酸亚丙酯；所述陶瓷电解质包括主相磷酸钛铝锂和杂相TiP₂O₇/TiO₂；所述离子液体为含氟的咪唑类离子液体。本发明公开了一种准固态电解质，具有高的机械强度并兼顾韧性，高的室温锂离子电导率，以及与金属锂负极和氧化物正极高的化学/电化学稳定性，用于金属锂电池、锂空气电池及锂硫电池，可实现良好的电化学性能。

技术领域

本发明涉及新型锂电池固态电解质领域，具体涉及一种准固态电解质及其制备方法和应用。

背景技术

随着新能源汽车产业的迅速发展，对动力电池能量密度的要求越来越高，而传统的锂离子电池的能量密度已接近瓶颈值，开发新型锂电池系统成为目前的迫切需要。将金属锂代替锂离子电池的石墨负极，可以显著提高电池的能量密度、以及减少电池的体积。但金属锂与液态电解质的相容性较差，而且金属锂在反复的充放电过程中易形成枝晶，易刺破隔膜从而引发安全问题。通过将固态电解质代替液态电解质，可以一定程度上缓解锂枝晶问题，但常见的固态电解质(如聚合物、陶瓷、聚合物/陶瓷复合物等)锂离子室温电导率普遍比较低，需要加入液态增塑剂才能提高室温锂离子电导率。但常见的有机增塑剂往往会和金属锂反应，降低锂负极的循环寿命。

另一方面，上述固态电解质中，聚合物虽然具有较好的机械性能及与锂好的相容性，但室温锂离子电导率较低，而常见的无机固态电解质，如NASICON型、硫化物、钙钛矿型，虽然室温锂离子电导率较高，但与锂的相容性较差且机械强度较差，在实际应用中往往需要将聚合物和无机电解质相复合，提高整体性能，即机械稳定性、与锂相容性、锂离子电导率等。

如公开号为CN 105070946 A的中国专利文献中公开了一种用于锂离子电池或锂硫电池的纳米结构准固体电解质及其制备方法和应用，该纳米结构准固体电解质是由无机有机杂化框架材料吸附离子导电剂形成的宏观固态电解质材料；其制备方法是在保护气氛下将无机有机杂化框架材料浸泡在离子导电剂中充分混合，然后将多余溶剂挥发；制得的纳米结构准固体电解质具有较高的锂离子电导率，可以同时取代传统锂离子电池中的有机电解液和隔膜。但不同于固态陶瓷电解质，无机有机杂化框架材料只起到吸附离子的功能，本身无锂离子传输性能，并且作为准固态电解质膜的主要组分由于脆性会影响电解质膜的机械性能。另外，所列举的聚合物一般作为锂电池的粘结剂使用，且使用量较低，在准固态电解质中很难作为成膜主体成分提高电解质膜柔性及吸附液态电解质成为锂离子导体的作用。

又如公开号为CN 107645013 A的中国专利文献中公开了一种复合准固态电解质膜及其制备方法，该复合准固态电解质膜包括固体电解质、含锂盐的液体电解液、无机纳米颗粒、以及粘结剂。该复合准固态电解质具有较高电导率，能有效降低液体电解液的含量。但陶瓷电解质与金属锂存在界面稳定性问题，液态电解液也存在与金属锂的界面稳定性问题，从而影响锂负极的循环稳定性问题。

发明内容

本发明针对上述问题，公开了一种准固态电解质，具有高的机械强度并兼顾韧性，高的室温锂离子电导率，以及与金属锂负极和氧化物正极高的化学/电化学稳定性，用于金属锂电池、锂空气电池及锂硫电池，可实现良好的电化学性能。

具体技术方案如下：

一种准固态电解质，原料组成包括聚合物、陶瓷电解质、锂盐和离子液体；

所述聚合物包括聚偏氟乙烯-六氟丙烯和聚碳酸亚丙酯；

所述陶瓷电解质包括主相磷酸钛铝锂和杂相TiP₂O₇/TiO₂；

所述离子液体为含氟的咪唑类离子液体。

本发明中，通过优化聚合物的组分、陶瓷电解质的组分，并引入特定组成的离子液体增塑剂，从而获得了力学性能及化学/电化学性能优异的准固态电解质。