[发明专利]一种有机无机复合全固态电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种有机无机复合全固态电解质，主要由聚环氧乙烷、聚碳酸丙烯酯、锂盐和准一维无机快离子导体组成：聚环氧乙烷40.0～80.0wt％，聚碳酸丙烯酯15.0～30.0wt％，准一维无机快离子导体1.0～10.0wt％，锂盐4.0～20.0wt％。本发明的制备方法：(1)将准一维无机快离子导体加入到锂盐溶液中搅拌，分散均匀；(2)将聚环氧乙烷、聚碳酸丙烯酯依次加入到步骤(1)后的溶液中搅拌，分散均匀；(3)将步骤(2)后的混合溶液涂在成膜基体上，干燥，得到复合电解质。本发明的有机无机复合全固态电解质中引入准一维无机快离子导体，可有效的降低了结晶度，具有较高的离子电导率和优良的力学性能，可以很大程度的避免因锂枝晶的产生刺破隔膜从而导致电池内部发生短路的情况。

技术领域

本发明属于电池材料领域，尤其涉及一种有机无机复合全固态电解质及其制备方法和应用。

背景技术

当前大多数商业化锂离子二次电池存在如下缺点：一、所使用的电解质主要为有机电解液，使用有机电解液的锂离子电池在使用时电解质容易从电池中泄露，存在不安全隐患；同时，应用液态电解质的电池在高温时也存在不安全隐患，而且由于电解质是液态，使得这一类锂电池很难加工成薄型，限制了其应用范围；二、凝胶态聚合物电解质的机械性能较差，加工成型比较困难，同样限制了其发展与应用。

为了改善这些缺点，全固态电解质成为研究者的最佳选择。全固态锂离子二次电池中固态电解质是锂离子电池的一个关键组件，其中聚环氧乙烷(PEO)作为固态电解质的基体是研究较早的聚合物电解质材料，但是PEO和锂盐形成的聚合物膜室温下电导率低，电化学窗口较低，远远达不到商用要求，因此通过加入其它材料来达到提高复合聚合物膜电导率的目的。

然而目前的技术手段，基本都是单纯通过加入其他聚合物或者离子导体获得的PEO电解质膜，在室温下的电导率仍较低，结晶度依旧比较高，同时电化学窗口提升的也比较小，机械性能也较差，不适宜直接用于电池。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种有机无机复合全固态电解质及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种有机无机复合全固态电解质，主要由聚环氧乙烷、聚碳酸丙烯酯、锂盐和准一维无机快离子导体组成，各组分的质量百分含量为：

上述的全固态电解质，优选的，所述准一维无机快离子导体为锂镧钛氧纳米线，直径在500nm左右。

上述的全固态电解质，优选的，所述锂镧钛氧纳米线为Li_0.33La_0.557TiO₃纳米线，呈纤维状。锂镧钛氧纳米线，是一种钙钛矿型锂离子导体，其表面区域具有丰富的空位，锂离子可以通过替换附近空位而跳跃，同时在聚合物电解质中可以形成长距离的连续离子传输途径，显著地减少了结的交叉，可以为锂离子的迁移提供额外的位置和途径，使锂离子迁移更容易、更快；另外因为锂镧钛氧纳米线具有较大的比表面积，因此无需加入过多的快离子导体来提高离子电导率。而传统颗粒状快离子导体比表面积小，则需要向聚合物电解质中加入大量的快离子导体来提升电导率，而加入过多的快离子导体则会容易引起团聚和聚沉，且降低了电解质的柔韧性，造成较大的界面电阻，因此本发明采用准一维的锂镧钛氧更有利于实现电解质性能的提高。

上述的全固态电解质，优选的，所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂、高氯酸锂、六氟磷酸锂中的一种或其中几种的混合。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的全固态电解质的制备方法，包括以下步骤：

(1)将准一维无机快离子导体加入到锂盐溶液中搅拌，分散均匀；

(2)将聚环氧乙烷、聚碳酸丙烯酯依次加入到步骤(1)后的溶液中搅拌，分散均匀；