[发明专利]一种由膨胀云母固定的锂电池固态电解质及制备方法

说明书

本发明提出一种由膨胀云母固定的锂电池固态电解质及制备方法，将氢氧化锂、氧化硅、氧化锆在600‑800℃烧结，然后研磨至纳米级的陶瓷粒，将纳米陶瓷粒与锂盐、聚氧化乙烯分散均匀形成胶质物，然后与膨胀云母混炼，在宏观膨胀云母的层间胶质物稳定，通过压延定型，得到固态锂电池电解质。本发明克服了现有高镍三元材料受电解液反应溶解的影响的缺点，将含锂陶瓷和锂盐通过聚氧化乙烯和膨胀云母稳定、固定形成固态电解质，不但具有良好的固态稳定性，而且离子电导率优异，离子电导率达到5.8×10^‑4S/cm以上，本发明工艺方案中无需昂贵设备及特殊操作，生产周期短，适合大规模工业化推广。

技术领域

本发明涉及锂电池材料领域，具体涉及一种由膨胀云母固定的锂电池固态电解质及制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长、开路电压高、无记忆效应、安全无污染等特点，已得到广泛的应用。目前已商品化的锂离子电池电解液的主要由溶剂、电解质、添加剂组成，其中溶剂主要有碳酸丙烯酯（PC）、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯（DEC）、甲酯等；电解质则包括六氟磷酸锂（LiPF₆）、四氟硼酸锂（LiBF₄）、高氯酸锂（LiClO₄）、六氟砷酸锂（LiAsF₆）、三氟甲基硫磺酸（LiCF₃SO₃）等；添加剂主要是阻燃、耐高温等助剂。

传统锂盐LiPF₆遇水分解，高温稳定性差，影响电池的安全性能。酯类溶剂易燃，需要阻燃等处理。因此，目前不断研究新型电解质锂盐、功能添加剂，但在解决易燃爆炸方面还存在诸多瓶颈。特别是高镍三元锂电池，由于提高镍含量提高了能量密度，但高镍三元容量衰减严重，特别是高镍时，具有快速的吸水性，易于在颗粒表面形成LiOH/Li₂CO₃等杂质，导致容量下降，LiOH会与电解液中的 LiPF₆反应，加速 HF 的形成，腐蚀材料的结构，与电解液产生界面膜。尤其在循环过程中，材料会被电解液腐蚀，造成金属离子溶解，界面阻抗增加，结构稳定性降低，从而导致材料的循环性能变差影响使用。

为此，固态电解质是解决目前高镍三元不稳定性的较佳选择。目前已报道有凝胶态固体聚合物电解质、全固态聚合物电解质等。凝胶态固体电解质的高温稳定性较差，而全固态聚合物电解质的离子电导率较差。为此，开发高温稳定性、高离子电导率的固态电解质对推进高镍三元锂电池具有重要的意义。

中国发明专利申请号201610061128.8公开了一种锂离子电池固体电解质膜，涉及锂离子电池领域。本发明中固体电解质膜由玻璃陶瓷电解质和包覆在其表面的包覆层构成。包覆层材料为摩尔比1∶5～1∶10的锂盐和聚合物材料。该电解质膜可以在很大程度上降低全固态锂离子电池的界面阻抗，从而提高其循环稳定性和使用寿命。但是，玻璃陶瓷电解质与包膜膨胀系数差异大，高温条件下玻璃陶瓷电解质电解质表层的薄膜易剥落，影响电池循环性能。中国发明专利申请号201611180046.1公布了一类耐高温固态聚合物电解质的制备方法，将一定比例的两种或多种聚合物单体、导电盐和引发剂在分子水平上混合均匀形成前驱体溶液，将前驱体溶液涂覆于基材或电极表面，通过聚合的方法制备了固态聚合物电解质，将该电解质直接组装电池，该电池能够在室温和高温下工作。然而，制备前驱体溶液需要对原料进行分子水平上混合均匀，在后期进行聚合时获得均匀电解质，其对设备及操作有较高要求，不利于降低制备成本。

因此，针对现有高镍三元材料受电解液反应溶解的影响，有必要提出一种容易实施的方案改善现有锂电池用聚合物电解质高温稳定性，有效提高离子传输效率，推动聚合物电解质在动力电池领域的应用。

发明内容