[发明专利]一种基于NASICON型电解质的复合固态电解质薄膜及其制备方法

说明书

一种基于NASICON型电解质的复合固态电解质薄膜及其制备方法。本发明属于全固态锂电池领域。本发明的目的在于解决目前刚性无机固态电解质与电极界面相容性差、聚合物基固态电解质离子电导率过低，以及具有聚合物界面层的LATP基全固态锂电池室温极化大，需在高温下运行的技术问题。产品：是由NASICON型固态电解质粉体、聚合物和锂盐经溶液铸膜法制备而成。方法：一、将固态电解质粉体、聚合物、锂盐加入溶剂中搅拌形成均匀的浆料；二、将所述浆料涂布到玻璃板基体上，干燥后得到复合型固态电解质薄膜；三、将复合型固态电解质薄膜在电解液中浸润，然后吸干电解质薄膜表面的电解液，真空干燥后得到复合型固态电解质。

技术领域

本发明属于全固态锂电池领域；具体涉及一种基于NASICON型电解质的复合固态电解质薄膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因其较高的能量密度和循环寿命，被广泛应用于储能设备中。然而，传统锂离子电池采用易燃液态有机电解液，存在漏液、燃烧、爆炸的危险。多数电解液无法匹配高压正极材料，高电压下会分解产气，这导致采用石墨负极的液态体系已接近其能量密度上限。锂电极表面不均匀的锂沉积和锂枝晶的生长会刺穿隔膜造成电池短路，限制了金属锂负极在液态体系中的使用。采用固态电解质替代有机电解液，有望提高锂电池的安全性能和能量密度。固态电解质具有较宽的电化学窗口，使得锂负极与高压正极同时使用成为可能；不易燃的特性，提高了电池的安全性能；较高的杨氏模量，可有效抑制锂枝晶的穿透，防止电池短路。其中NASICON型无机固态电解质(Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃、Li_1+xAl_xGe_2-x(PO₄)₃等)由于具有较高的离子电导率和化学稳定性得到了广泛研究。但仍存在限制其应用的因素：1)刚性无机固态电解质与电极表面的固固接触较差，界面相容性差；2)Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃中的Ti⁴⁺和Li_1+xAl_xGe_2-x(PO₄)₃中的Ge⁴⁺与锂电极接触时会被还原，产物层会破坏电极/电解质界面，阻碍离子传输。

柔性的聚合物基固态电解质具有与界面较好的接触，但较低的室温离子电导率，较差的机械强度和窄的电化学窗口限制了单一的聚合物电解质在全固态锂电池中的使用。聚偏氟乙烯(PVDF)基聚合物电解质因其具有较宽的电化学窗口、较高的机械强度、优异的成膜性，成为广泛研究的聚合物体系之一。PVDF中含有吸附电子能力较强的-C-F-，可以吸附阴离子基团，增强锂盐的解离，提高锂离子电导率。但是，除了聚合物电解质室温离子电导率较低这一缺点之外，单一的聚合物体系因其较低的杨氏模量，不具备阻挡锂枝晶的能力。锂枝晶可以刺穿柔软的聚合物电解质薄膜，造成电池短路。

201910259147.5公开了Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃(LATP)固体电解质的制备方法和应用，该电解质在室温具有较高的离子电导率(6.7×10^-4S·cm^-1)。201911293875.4公开了LATP基全固态锂电池用增强型聚合物界面层的制备方法，解决了LATP固态电解质和锂电极不相容的问题。但较厚的无机固态电解质层和界面层的叠加使得全固态电池室温极化较大，需要在高温下运行。

发明内容

本发明的目的在于解决目前刚性无机固态电解质与电极界面相容性差、聚合物基固态电解质离子电导率过低，以及具有聚合物界面层的LATP基全固态锂电池室温极化大，需在高温下运行的技术问题，而提供了一种基于NASICON型电解质的复合固态电解质薄膜及其制备方法。