[发明专利]一种固态电解质及其制备方法、以及固态电池

说明书

本发明公开了一种固态电解质及其制备方法，该固态电解质包括以下组分：陶瓷基离子导体、聚合物离子导体和锂盐；聚合物离子导体包括基础聚合物和掺杂剂。本发明还公开了一种固态电池。本发明通过对固态电解质的组分进行改进和优化，通过陶瓷基离子导体、聚合物离子导体和锂盐的组合使用，改善固态电解质的离子电导率，使其具有较小的界面阻抗和良好的机械性能；此外，具有良好的稳定性。本发明通过在正极极板中添加微量电解液，能够有效降低界面接触阻抗，同时提高锂离子在固相中的扩散速率。本发明制得的固态电池性能优异，最大工作电压大于4V，且安全性能好，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种固态电解质及其制备方法、以及固态电池。

背景技术

固态电池由于具有较好的安全性能，被视为下一代锂离子电池，未来将会取代液态锂离子电池，在新能源汽车上具有大规模应用的前景。

目前，诸多问题限制了固态电池的进一步应用。固态电解质是固态电池的核心组成部分，固态电解质和极板的接触界面为固固界面，由于固固界面的界面阻抗极大，如何降低其界面阻抗一直是需要解决的重点问题。陶瓷基固态电解质是常用的一种固态电解质，陶瓷基固态电解质和正极极板之间的界面阻抗较大，且机械性能也不佳。有技术(CN108336402A)采用将陶瓷基固态电解质和高分子聚合物混合的方式，改善其界面接触和机械性能。高分子聚合物由于高分子的粘弹性，在界面上的阻抗要优于陶瓷类的固态电解质，但高分子聚合物毕竟不是聚合物固离子导体，其并不能提升固态电解质的离子电导率。另外，采用高分子聚合物与固态电解质进行混合还存在稳定性问题，比如传统的聚环氧乙烯(PEO)高分子聚合物，在高电压下不稳定(这也是现有的PEO聚合物无法与陶瓷复合电解质复合的原因)，且其室温下离子电导率也不高(1×10^-6S/cm)，因此采用高分子聚合物对固态电解质进行改性还面临了很多问题。

另一方面，现有的液态锂离子电池的极板已经不适应固态电池的设计理念。液态锂离子电池的电极极板为多孔电极，有利于液态电解液的润湿。提高倍率性能，电极极板也较薄，太厚的电极极板无法获得好的循环性能和倍率性能。而固态电池为固固接触，依据传统固液界面理论开发的电极极板应用于固态电池无法发挥固态电池的最大效益。

发明内容

针对以上所述的不足，本发明的目的是提供一种固态电解质，通过对固态电解质的组分进行改进和优化，改善其离子电导率和机械性能，获得具有良好稳定性并具有较小界面阻抗的固态电解质。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种固态电解质，按质量百分含量计，包括以下组分：10％-60％陶瓷基离子导体，40％-90％聚合物离子导体，0.5％-10％锂盐；所述聚合物离子导体包括基础聚合物和掺杂剂；所述聚合物离子导体是一种玻璃态的超离子导体，其含有硫基和苯基官能团；该聚合物离子导体的的玻璃化转变温度都较高。

作为优选的技术方案，所述基础聚合物和掺杂剂的质量比为1：(1-8)；所述基础聚合物为聚对苯硫醚(PPS)、聚间苯硫醚(PMPS)、聚二苯并噻吩硫(PDTS)中的一种；所述掺杂剂为四氯对苯醌(氯醌)、2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌(DDQ)、2-氟-7,7,8,8-四氰基醌二甲烷(FTCNQ)、7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷(TCNQ)中的一种。