[发明专利]一种锂二次电池用杂交电解质及其制备方法和锂二次电池

说明书

本发明提供了一种锂二次电池用杂交电解质，所述杂交电解质包括固相电解质；所述固相电解质包括NASICON结构陶瓷材料；所述陶瓷材料的化学组成为：Li_1+xAl_xGe_2‑x(PO₄)₃，其中0≤x≤2；所述锂二次电池包括锂‑氧气二次电池或锂硫电池。本发明所提供的杂交电解质，其中NASICON结构的陶瓷电解质一方面可以使锂离子在锂金属表面均匀分布；另一方面可视为路易斯碱，可以与作为路易斯酸的阴离子相互作用使其固定住，减缓空间电荷区的出现，这两方面共同作用可以使锂金属均匀成核。此外，NASICON结构的陶瓷电解质具有超高的杨氏模量，可以抑制锂枝晶的生长，还具有好的热稳定性，保证了锂氧气电池的热安全。

技术领域

本发明涉及锂-空气或锂硫二次电池技术领域，涉及一种锂二次电池用杂交电解质及其制备方法和锂二次电池，尤其涉及一种能够抑制枝晶，提高电池安全性的杂交电解质及其制备方法和锂二次电池。

背景技术

空气电池是化学电池的一种，构造原理与干电池相似，所不同的只是它的正极活性物质取自空气中的氧或纯氧，也称为氧气电池，按负极材料通常分为锂-空气电池，锌-空气电池、铝-空气电池以及镁-空气电池等。

随着石油，天然气等不可再生资源的日益枯竭，以及这些能源使用时造成的环境问题的日益严重，寻找绿色的，安全的，高能量密度的能量存储设备的任务迫在眉睫。而目前市场上的锂离子电池和超级电容器都无法满足需求，而锂氧气电池由于极高的能量密度引起了广泛关注，锂氧气电池由正极、负极、电解质和隔膜等部分组成，理论上来说，这种电池可以更小、更轻，具有超高的比能量(锂离子电池十倍以上)，而且使用方便，成本廉价等优点，因而，被领域内认为是一种有前途的下一代储能器件。

虽然锂-氧气电池具有很多优势，但是在投入实际生产之前还需要诸多方面的研究，仍然需要解决许多关键性问题，如安全性问题，锂氧气电池面临的安全挑战来自于两方面：锂枝晶和电解质较差的热稳定性。枝晶的形成分为形核和生长两个阶段。在形核阶段，锂离子的分布不均和阴离子缺失导致的空间电荷层会诱导锂枝晶的形核。在生长阶段，锂枝晶开始生长，最终枝晶穿过隔膜导致电池的短路。而电解质的热稳定性问题主要是由于电解液本身的热力学性能不佳，耐热性不好造成的。

目前，对于锂-氧气电池安全性提高的相关研究主要集中在一些人造保护膜和新型隔膜的研究方面，用以调整离子分布或者提高热稳定性，虽然取得了一些进展，但是难于做到能够同时抑制枝晶又能够提高电池的热稳定性。

因此，如何对锂-氧气电池进行改进，解决现有研究中存在的上述问题，提高电池性能和安全性，已成为该领域内众多前沿科研人员广为关注的焦点之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种锂二次电池用杂交电解质和锂二次电池，特别是一种能够抑制枝晶，具有优良热稳定性的杂交电解质和高性能的锂二次电池。本发明提供的杂交电解质，由NASICON结构陶瓷电解质和凝胶电解质部分组成，能够抑制锂枝晶，提高热稳定性，从而提高电池性能和安全性。

本发明提供了一种锂二次电池用杂交电解质，所述杂交电解质包括固相电解质；

所述固相电解质包括陶瓷材料；

所述陶瓷材料的化学组成为：Li_1+xAl_xGe_2-x(PO₄)₃，其中0≤x≤2；

所述锂二次电池包括锂-氧气二次电池或锂硫电池。

优选的，所述杂交电解质还包括凝胶电解质；

所述陶瓷材料占所述杂交电解质的质量比为0.1wt％～70wt％；

所述凝胶电解质包括聚合物基体和液态电解液；