[发明专利]一种多层结构复合固态电解质膜及其制备方法、固态电池

说明书

本发明涉及一种多层结构复合固态电解质膜及其制备方法、固态电池。该复合固态电解质膜包括无机电解质层和聚合物电解质层，还包括支撑骨架层，无机电解质层复合在所述支撑骨架层的正极侧表面，聚合物电解质层复合在所述支撑骨架层的负极侧表面，支撑骨架层包括多孔支撑骨架，多孔支撑骨架的孔结构内填充有电解质材料。该复合固态电解质膜在提供正负极电解质功能层的同时增强电解质膜的机械强度，有助于提高电池的倍率性能、循环性能和安全性。

技术领域

本发明属于电解质膜领域，具体涉及一种多层结构复合固态电解质膜及其制备方法、固态电池。

背景技术

新能源汽车的发展对于缓解环境污染问题和能源危机具有重要意义，作为能量来源的动力电池对新能源汽车的性能起着决定性作用。锂离子电池由于具有高能量密度、高功率密度、长寿命、无记忆效应等优点成为了新能源汽车电池的首选。

新能源汽车的快速发展对动力电池系统的安全性和能量密度等性能提出了更高的需求，目前主流动力电池使用的液态锂离子电池由于含有液态有机电解液，存在一定的安全隐患，并且其耐压窗口有限，限制了锂离子电池能量密度的进一步提升。

固态电池采用固体电解质来替代传统有机液体电解质，相比于传统液态锂离子电池，其减少了电解液、隔膜甚至粘结剂的使用，不仅避免了电解液泄露等安全问题，而且由于固态电池能够采用堆栈式设计，简化了电池构造，比使用有机电解液的电池具有更高的能量密度，固体电解质不会挥发且不易燃，提高了锂离子电池的安全性能。

目前对于固态电解质的研究，主要有三个类别：一是聚合物电解质，二是无机固态电解质，三是聚合物和无机固态电解质复合而成的复合电解质。无机固体电解质具有较高的电导率与较宽的电化学窗口，但是其与电池电极间的固固接触能力差，严重制约了无机电解质的实际应用。聚合物固体电解质具有良好的成膜性、粘弹性和质量轻等诸多优点，与电极间固-固接触能力优于无机固体电解质，因此在电极界面的兼容性上具有更大的优势，但聚合物固体电解质由于离子传导主要是在聚合物基体的非结晶区进行，因而全固态聚合物电解质的电导率很低，室温下PEO基聚合物电解质的电导率仅10^-6～10^-7S/cm。

公布号为CN105470576A的专利申请公开了一种高压锂电池电芯，包括正极、负极以及位于正极和负极之间的电解质；电解质包括无机电解质层和位于无机电解质层表面的聚合物电解质层，无机电解质层位于正极表面，聚合物电解质层位于负极表面。该方案采用复合电解质形式来克服液态电池的电解液氧化而产生的安全性、循环性能差等负面问题，但该复合电解质的机械强度较差，在电池受力或变形的情况下容易导致电解质结构失效，进而影响安全性和循环性能，并且该电池中含有液态电解液存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多层结构复合固态电解质膜，从而解决现有复合固态电解质存在的机械强度差的问题。本发明还提供了上述多层结构复合固态电解质膜的制备方法，以及基于上述多层结构复合固态电解质膜的固态电池。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种多层结构复合固态电解质膜，包括无机电解质层和聚合物电解质层，还包括支撑骨架层，无机电解质层复合在所述支撑骨架层的正极侧表面，聚合物电解质层复合在所述支撑骨架层的负极侧表面，支撑骨架层包括多孔支撑骨架，多孔支撑骨架的孔结构内填充有电解质材料。

本发明提供的多层结构复合固态电解质膜，将无机电解质层、聚合物电解质层复合在支撑骨架层的两侧表面上，再利用填充在多孔支撑骨架内的电解质材料实现锂离子由一侧表面向另一侧表面的传导，该复合固态电解质膜在提供正负极电解质功能层的同时增强电解质膜的机械强度，进而进一步提高电池的倍率性能、循环性能和安全性，为电池电化学性能的发挥提供保证。