[发明专利]复合聚合物全固态电解质，其制备方法及锂电池

说明书

本发明公开了一种复合聚合物全固态电解质，其制备方法以及包含该复合聚合物全固态电解质的锂电池。所述复合聚合物全固态电解质的原料包括聚合物基底、锂盐和无机钙钛矿粉末；其中，所述无机钙钛矿粉末包括CsGeI₃、CsSnI₃、CsPbI₃中的至少一种。本发明的复合聚合物全固态电解质，能够有效抑制聚合物锂硫电池的穿梭效应，提高电池循环稳定性和库伦效率；同时能够抑制锂枝晶的生成，提高了电池的安全性。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种复合聚合物全固态电解质，其制备方法及锂电池。

背景技术

基于液态电解液的传统锂离子电池由于本身易燃特性，导致了严重的安全问题，尤其是在热失控的情况下。此外，由于其本身需要大量的电解液来保证其循环寿命，严重制约了电池的整体能量密度。固态电解质由于其本身不易燃特性及高能量密度得到了广泛关注。其中，聚合物固态电解质具有良好的Li⁺传输性能、界面结合性能和可加工性，有利于提高电池的循环性能。而基于聚合物复合固态电解质的锂硫电池理论比容量达锂离子电池的8倍，且成本低、寿命长、安全性好和环境友好，是新一代储能电池，发展潜力巨大。然而，聚合物锂硫电池同样存在多硫离子的穿梭行为，导致正极活性材料的严重损失，并于负极金属锂界面形成含硫的不稳定SEI，易产生枝晶；此外，聚合物电解质本身也遭受着离子电导率低的问题。因此，寻求一种简单高效的方法解决上述系列问题成为该领域的研究目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种复合聚合物全固态电解质，该复合聚合物全固态电解质能够有效抑制聚合物锂硫电池的穿梭效应，提高电池循环稳定性和库伦效率；同时能够抑制锂枝晶的生成，提高了电池的安全性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明第一方面提供了一种复合聚合物全固态电解质，所述复合聚合物全固态电解质包括聚合物基底、锂盐和无机钙钛矿粉末；其中，所述无机钙钛矿粉末包括CsGeI₃、CsSnI₃、CsPbI₃中的至少一种。

进一步地，所述聚合物基底包括PEO、PAN、PMMA、PVDF、PVDF-HFP、纤维素中的至少一种。

进一步地，所述锂盐包括LiBF₄、LiClO₄、LiFSI、LiTFSI、LiTNFSI中的至少一种。

进一步地，所述复合聚合物全固态电解质中，无机钙钛矿粉末的质量为锂盐与聚合物基底总质量的1％～20％。

进一步地，所述复合聚合物全固态电解质中，聚合物基底与锂盐的质量比为1～10:1。

本发明第二方面提供了第一方面所述的复合聚合物全固态电解质的制备方法，包括：

将聚合物基底、锂盐和无机钙钛矿粉末溶解于有机溶剂中，采用溶液浇铸法将得到的溶液制备成电解质膜，待所述电解质膜中的有机溶剂挥发后，得到复合聚合物全固态电解质。

进一步地，所述有机溶剂为乙腈，溶解的温度为40～70℃。

进一步地，将所述电解质膜于惰性气体氛围使乙腈自然挥发，挥发时间为24～60小时。

本发明第三方面提供了一种锂电池，所述锂电池中包括第一方面所述的复合聚合物全固态电解质。其中，所述锂电池包括锂硫电池、锂-锂对称电池。

本发明的有益效果：

本发明的复合聚合物全固态电解质，能有效地抑制锂硫电池的穿梭效应，提升其循环稳定性和库伦效率；同时，该复合全固态电解质能于锂表面形成致密稳定的SEI膜，有助于锂离子的均匀沉积，抑制枝晶生成，提高安全性。

附图说明