[发明专利]一种固态电池电解质膜及其制备方法和带有该电解质膜的固态电池

说明书

本发明公开了一种固体电池电解质膜，其主要涉及固态电池领域，包括带三维空间结构的纤维素膜，其孔隙中填充由锂离子导体、锂盐和聚合物复合而成的电解质。其不仅具有较强的拉伸强度，同时其还具备了良好的阻燃性能以及较小的界面阻抗，从而有效地增强了固态电池的安全性能和电性能。并且其制备方法简单，能够与传统的锂电池生产线进行对接，因而能够有利于进行规模化生产。

技术领域

本发明涉及固态电池领域，更具体地说，它涉及一种固态电池电解质膜及其制备方法和带有该电解质膜的固态电池。

背景技术

能源储备有限和使用能源材料引起的社会问题，例如全球气候变暖、噪音污染等，已经是当今社会人们非常熟悉且头疼的问题。伴随信息时代的发展，人类社会对于电能的需求和依赖愈来愈强。电网崩溃引起的社会经济损失、煤炭石油等燃料造成的空气污染、过量的二氧化碳排放和可再生能源例如风能、太阳能等受地理位置限制等问题刺激了社会对低成本、可靠性高、存储量大的储能材料的研究和需求，商业化的钠硫电池、锂电池等安全可靠的电池系统已被公认为在能源储备方面比较有前景的研究方向。

锂离子电池从1991年发展到现在，最高的锂电池电能存储能力仍然无法满足当今社会对于能源储备的长远需求，例如如果将锂离子电池应用于汽车动力，现在的锂离子电池必须成本降低一半，能量密度提高一倍才能满足使用要求。目前商业有机液态电解质存在严重的安全隐患，电解质中的溶剂易燃，闪点低于30℃，虽然电池的危险程度主要取决于电极材料，但是起火点通常是有机电解质，所以选用不易燃烧的电解质是非常有必要的。

近年来，无机固体电解质又称锂离子导体,包括晶态电解质（又称陶瓷电解质）和非晶态电解质（又称玻璃电解质），这类材料具有较高的Li⁺电导率(＞10^-3S/cm)和Li⁺迁移数（约等于1），电导的活化能低(E＜0.5eV)，高的化学和热力学稳定性、高的安全性、宽的电化学窗口、可加工性能好，装配方便，在高比能量的大型动力锂离子电池中有很好的应用前景。

但是，单纯的无机固态电解质作为陶瓷片组装电池，与金属锂的界面阻抗大，循环中锂离子沉积不均匀，易产生锂枝晶，同时由于无法承受压力都存在力学性能差的问题，不利于大批量电池的生产。因此，通过结构设计采用无机-有机复合的方式制作柔性的固态电解质膜。

例如，公告号为CN104393339B的中国专利公开了一种植物纤维素膜凝胶聚合物电解质，其生产步骤主要为纤维素浆先成膜，再与聚合物形成复合物，最后吸收液体电解质，得到纤维素膜基质凝胶聚合物电解质。

由于纤维素浆所成的膜，其内部的纤维素是成断裂状态的，从而无法起到良好的支撑作用，以保证固体电解质的空间结构强度。同时，液体电解质是在纤维素和聚合物形成复合物之后再被浸入的，这样就容易导致液体电解质在纤维素中无法充分地铺展开来。再者，纤维素膜是通过浸泡的方式来吸附聚合物的，从而不容易控制成品膜厚度的形成，不利于实现规模化生产。

为此，有必要研制出一种新型的通过无机-有机复合方式制作的柔性固态电解质膜，以易于与传统锂离子电池的工艺衔接，且具备较好的机械强度与易加工性，适合规模化生产。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种固态电池电解质膜，其纤维素膜具有三维空间结构，可以提升电解质膜整体的机械性能，同时其制备方法，适合进行规模化生产。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种固态电池电解质膜，包括带三维空间结构的纤维素膜，其孔隙中填充由锂离子导体、锂盐和聚合物复合而成的电解质。