[发明专利]复合电解质膜、复合电解质膜的制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种复合电解质膜、复合电解质膜的制备方法及其应用。复合电解质膜包括以下各组分：10wt.％～60wt.％的纳米级硫代锂快离子导体；10wt.％～40wt.％的锂盐；聚氧化乙烯；及聚碳酸丙烯脂。其中，聚氧化乙烯和聚碳酸丙烯脂的质量比为1∶5～50∶1。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是一种复合电解质膜、复合电解质膜的制备方法及其应用。

背景技术

目前锂离子电池的电解液普遍采用有机电解液，过度充电、内部短路等异常情况容易导致电池发热，造成电解液气胀、自燃甚至爆炸，存在严重安全隐患。采用固体电解质构建固态锂电池，可彻底避免因漏液引发的安全隐患。此外，固态锂电池还具有自放电率低、工作温区广、电化学稳定窗口宽等优势。

固态电解质可分为无机固态电解质和聚合物固态电解质。无机固态电解质室温锂离子电导率高，热稳定性高，电化学窗口宽，但脆性较大、柔韧性差，与电极接触不佳，界面电阻高，并且制备成本偏高。聚合物固态电解质具有更好的柔韧性和粘弹性，能够补偿充放电过程电极材料的体积变化，与电极的贴合性高，而且易成膜，加工成型容易，成本较低，但离子电导率偏低，一般小于10^-5S/cm。

为改善无机固态电解质与电极的界面接触状况，现有技术中将无机固态电解质与聚合物电解质复合，但是效果不佳。而且，除了离子电导率和界面接触问题外，电解质与电极材料的化学兼容性也是限制固态锂电池性能的关键因素。

发明内容

本发明的目的是提供一种既能兼顾无机固态电解质和聚合物固态电解质的优点，又能改善与电极材料的化学兼容性的复合电解质膜、复合电解质膜制备方法及其应用。

为了解决上述技术问题，本发明提供的一种复合电解质膜，包括以下各组分：10wt.％～60wt.％的纳米级硫代锂快离子导体；10wt.％～40wt.％的锂盐；聚氧化乙烯；及聚碳酸丙烯脂。其中，聚氧化乙烯和聚碳酸丙烯脂的质量比为1∶5～50∶1。

更为优选的，纳米级硫代锂快离子导体20wt.％～40wt.％，锂盐20wt.％～30wt.％，聚氧化乙烯和聚碳酸丙烯脂的质量比为1∶3～10∶1。

可选的，纳米级硫代锂快离子导体包括Li_4-xSi_1-xP_xS_4-yA_y中的一种或几种，式中A为F、Cl、Br或I，0≤y≤0.5；纳米级硫代锂快离子导体的颗粒尺寸为10nm～100nm。

可选的，锂盐包含高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、双(三氟甲基磺酸)亚胺锂及三(三氟甲基磺酸)甲基锂中的一种或几种。

可选的，复合电解质膜的厚度100μm～400μm，复合电解质膜的离子电导率为2×10^-5S/cm～2×10^-4S/cm，复合步骤在25℃～60℃下进行

于本发明的第二个方面，本发明还提供一种制备复合电解质膜的制备方法，包括制备米级硫代锂快离子导体步骤和复合步骤。制备米级硫代锂快离子导体步骤：将Li₂S、AS₂、P₂S₅及卤盐分散在有机溶剂中，蒸发溶剂后得到前驱体粉末，煅烧后得到卤素掺杂的纳米级硫代锂快离子导体，式中，AS₂为SiS₂、GeS₂及SnS₂中的任意一种；复合步骤：将聚氧化乙烯、聚碳酸丙烯脂及有机溶剂混合加热，加入卤素掺杂的纳米级硫代锂快离子导体和锂盐，分散均匀，倒入成型模具内，恒温蒸发溶剂后得到复合电解质膜。

按照本发明的这个方面，有机溶剂为无水乙腈、二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺及N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种。