[发明专利]固态电解质及其应用和阴极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种固态电解质及其应用和阴极材料及其制备方法和应用，固态电解质包括聚合物、增塑剂、锂盐和填料，其中，所述填料为锂离子导电材料。该固态电解质采用锂离子导电材料作为填料，锂离子导电材料进入到固态电解质中的孔隙中，有利于增强固态电解质的机械强度，使得固态电解质具有优异的机械强度；锂离子导电材料本身具有导电能力，不但不会损害固态电解质本身的锂离子传导性，还能使原本固态电解质中的孔隙也开始参与锂离子传导，进而改善固态电解质的锂离子传导性；填料的加入，降低固态电解质中的孔隙率，改善固态电解质与电极之间的连通性能，可提高整个电池的导电性能；填料本身是晶相，可以提高固态电解质中晶相的占比。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，特别涉及一种固态电解质及其应用和阴极材料及其制备方法和应用。

背景技术

液体电池和固态电池之间的主要区别在于电解质的差异。液体电池使用液体电解质，但固体聚合物电池使用固体聚合物电解质。现有技术中，通过将锂盐结合到聚合物基质中并将它们浇铸成薄膜来形成固体聚合物电解质。与常规液体电解质相比，固体聚合物电解质有几个可能的优点：第一，固体聚合物电解质可以用作将负极和正极彼此隔离并防止阴极反应产物扩散到阳极侧的电池中的隔膜；第二，它解决了电解液的泄漏问题；第三，它使电池具有高能量密度；第四，它的几何形状可灵活设计。

固体聚合物电解质包括离子导电聚合物，通常是基于聚环氧乙烷与锂盐络合的。这种电池具有高能量存储容量和再充电能力。基于PEO的电解质通常可用于高于基于PEO的盐络合物的熔点的温度。然而，在高于40℃的温度下，非交联的PEO经历降解。这可能导致机械强度的损失，现有固态电解质在同时满足高机械强度和高离子导电性上还存在问题。同时可能因为锂枝晶的形成而使电池短路。而且，PEO链可以迁移到锂阳极表面，并且PEO上的游离羟基可以不可逆地与锂金属表面反应，这可能导致界面电阻增加并导致在较高温度下电池循环失败。

同时因电解质的差异，使得电池对于电极的性能有了不同的要求。现有阴极与固态电解质中的界面电阻较高，锂离子的移动速度较慢。

因此，现有固态电解质和阴极有待进一步改进。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种固态电解质及其应用和阴极材料及其制备方法和应用，以解决现有锂电池中固态电解质离子电导率和机械强度无法同时增加、固态电解质与阴极之间界面电阻高、锂离子移动速度较慢的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种固态电解质，包括：聚合物、增塑剂、锂盐和填料，其中，所述填料为锂离子导电材料。

进一步地，所述聚合物与所述增塑剂、所述锂盐和所述填料的质量比为20-40：20-40：20-40：0.01-10。

进一步地，所述聚合物与所述增塑剂、所述锂盐和所述填料的质量比为25-35：25-35：25-35：0.01-5。

进一步地，所述锂离子导电材料为选自石榴石型导电材料、硫化物类导电材料、钙钛矿型导电材料、LISICON型导电材料、LIPON型导电材料或Li₃N型导电材料。

进一步地，石榴石型导电材料为Li_xLn₃M₂O₁₂，其中，M为Te和/或W，Ln为镧系元素中的至少之一。

进一步地，所述硫化物类导电材料为选自Li₂GeS₃、Li₄GeS₄、Li₂ZnGeS₄、Li_4-2xZn_xGeS₄、Li₅GaS₄中的至少之一。