[发明专利]复合聚合物电解质及其制备方法和锂电池

说明书

本发明涉及一种复合聚合物电解质及其制备方法和锂离子电池，所述复合聚合物电解质包括有机聚合物、无机导锂材料、偶联剂和锂盐，所述无机导锂材料在所述复合聚合物电解质中，沿厚度方向的质量分布呈递增或递减变化。本发明的复合聚合物电解质中，无机导锂材料在聚合物电解质中质量分数呈阶梯分布，降低正极、电解质膜及负极之间的锂离子浓度差，减小了界面阻抗，有利于锂离子快速传输，从而提高了锂离子电池的稳定性和循环性能。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种复合聚合物电解质及其制备方法，以及采用该聚合物电解质制备的固态锂电池。

背景技术

锂电池因能量密度高、输出功率大、无记忆效应、循环寿命长以及环境友好等特点被广泛应用于手机、电脑、数码相机等便携电子设备中，并逐步在新能源汽车、航空航天以及储能领域发挥重要作用。然而，目前商业化最广的锂离子电池，其核心组分电解液及隔膜仍存在易燃易爆的风险，会引起电池燃烧甚至爆炸，因而具有较大的安全隐患。

固态电解质同时具备液态电解液传输锂离子及隔膜阻隔正负极接触的作用。由于不含易燃易分解的电解液等成分，固态电解质不存在漏液、胀气等安全问题，因此，将固态电解质应用于锂电池中能够很大程度提升电池的安全性。此外，固态电解质剪切模量高，可以有效抑制锂金属枝晶的生长，解决了锂枝晶刺穿导致电池短路的问题。固态电解质主要有氧化物体系、硫化物体系和聚合物体系，氧化物电解质的电导率低、界面接触差，硫化物电解质又存在生产条件苛刻、成本高等问题。聚合物体系优点是柔韧性好，易加工，适用于大规模生产。但是存在着机械性能差，室温离子电导率一般及界面相容性不好等缺点。

因此，亟待研发一种利于锂离子传输的复合电解质，以解决锂离子电池性能稳定性和循环性能差等问题。

发明内容

本发明提供了一种复合聚合物电解质，使无机导锂材料以填充物的方式复合，降低了电池正极、电解质膜及负极之间的锂离子浓度差和界面阻抗，从而提高了电池的稳定性和循环性能。

本发明还提供了上述复合聚合物电解质的制备方法，采用狭缝涂布法或3D打印法得到无机导锂材料在聚合物电解质中的质量分布随层数呈阶梯式变化的复合聚合物电解质，制备方法更加简单，易于工业化生产。

本发明还提供了一种锂离子电池，利用上述的复合聚合物电解质作为隔膜，提高了电池的稳定性和循环性能。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是：

第一方面，本发明提出一种复合聚合物电解质，包括有机聚合物、无机导锂材料、偶联剂和锂盐，所述无机导锂材料在所述复合聚合物电解质中，沿厚度方向的质量分布呈递增或递减变化。

本发明的复合聚合物电解质，可以认为是将无机导锂材料作为填充物的方式与有机电解质复合，既有无机物的高离子电导率和宽的电化学窗口，又具有聚合物的良好加工性能。其中，无机导锂材料在聚合物电解质中质量分数呈阶梯分布或多段线性分布，降低正极、电解质膜及负极之间的锂离子浓度差，减小了界面阻抗，有利于锂离子快速传输，从而提高了锂离子电池的稳定性和循环性能。

在本发明中，所述无机导锂材料、有机聚合物、锂盐和偶联剂均为制备电解质的常规物质，例如，