[发明专利]一种柔性有机无机杂化固态电解质、其制备方法和电池

说明书

本发明提供一种柔性有机无机杂化固态电解质，包含聚氧化乙烯基质、快离子导体粒子、偶联剂1、偶联剂2和锂盐，其中快离子导体粒子为Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃、Li₇La₃Zr₂O₁₂和Li₁₀GeP₂S₁₂中的任一种或由它们的两种或三种组成的混合物，偶联剂1为聚乙二醇，偶联剂2为3‑氯丙基三甲氧基硅烷。本发明还提供该固态电解质的制备方法，以及包含该固态电解质的锂离子电池或锂电池。本发明的固态电解质能形成极为稳定的有机无机杂化结构，具有良好稳定性，室温离子电导率最高可达9.8×10^‑4S/cm^‑1，同时可有效地抑制锂枝晶或者析锂现象，保证电池安全性。

技术领域

本申请涉及锂离子电池和锂电池材料领域，特别是涉及一种柔性有机无机杂化固态电解质及其制备方法，以及包含该柔性有机无机杂化固态电解质的锂离子电池或锂电池。

背景技术

随着电动汽车的快速发展，人们对锂离子电池/锂电池的能量密度和安全性提出了越来越高的要求。传统的锂离子电池/锂电池采用液态电解质，其中锂元素不稳定的沉积过程以及枝晶生长会引发一系列的安全问题，严重阻碍了锂离子电池/锂电池的发展，进而影响了电动汽车的发展。为了解决这个安全性问题，固态电解质应运而生。相比于液态电解质，固态电解质的不可燃烧性可以完美解决锂离子电池/锂电池的安全问题，而且可以将锂金属负极和高压正极匹配做成更高能量密度的全固态锂电池。

在开发固态电解质的过程中，为了实现较好的机械性能(强度和柔性)和足够的离子电导率，通常会采用包含有机聚合物基质和无机粒子的有机无机杂化材料来提高电解质性能。但是，由于有机聚合物基质与无机粒子之间普遍相容性差，造成电解质均匀性不足，在使用过程中易发生相分离，引起材料稳定性不足等问题，影响电池的性能，尤其是安全性。

发明内容

为了解决现有的固态电解质的上述问题，本发明人开发了一种柔性有机无机杂化固态电解质，其中有机聚合物基质与无机粒子通过偶联剂结合，形成极为稳定的有机无机杂化结构，由该固态电解制制成的锂离子电池或锂电池安全性高。

因此，在第一方面，本发明提供一种柔性有机无机杂化固态电解质，该固态电解质包含聚氧化乙烯基质、快离子导体粒子、偶联剂1、偶联剂2和锂盐，其中快离子导体粒子为Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃、Li₇La₃Zr₂O₁₂和Li₁₀GeP₂S₁₂中的任一种或由它们的两种或三种组成的混合物，偶联剂1为聚乙二醇，偶联剂2为3-氯丙基三甲氧基硅烷。

进一步地，在该固态电解质中，聚氧化乙烯基质与快离子导体粒子的质量比在(1-20):1的范围内。

进一步地，在该固态电解质中，快离子导体粒子、偶联剂1和偶联剂2的质量比为质量比为1000:(0.5-1):(0.5-1)。优选地，该质量比为1000:1:1。

进一步地，在该固态电解质中，聚氧化乙烯的重均分子量在20万至200万道尔顿的范围内。

进一步地，在该固态电解质中，快离子导体粒子的平均粒径在0.2至2μm的范围内。

进一步地，在该固态电解质中，偶联剂1的数均分子量在200至2000道尔顿的范围内。

进一步地，在该固态电解质中，锂盐占该固态电解质的质量占比在1％至5％的范围内。