[发明专利]一种高安全性复合固态电解质及其制备方法

说明书

本发明属于电池技术领域，涉及一种复合固态电解质及其制备方法。所述电解质包括聚合物、锂盐、阻燃剂及无机固态电解质，锂盐与聚合物的质量比为(0.4～0.8):1，阻燃剂与聚合物的质量比为(0.2～0.5):1，无机固态电解质与聚合物的质量比为(5～50):100；该电解质采用有机‑无机的复合结构能够有效地避免副反应的发生，从而提高锂离子的离子传导率，室温下锂离子电导率可达到10^‑4Scm^‑1，电化学稳定性窗口在5V左右。此外，通过增加阻燃剂的设计，使得该电解质具有不可燃烧的特性，避免了传统锂离子电池中由于液态电解质预热而发生燃烧甚至爆炸的安全隐患。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及锂离子二次电池，尤其涉及一种高安全性复合固态电解质及其制备方法。

背景技术

传统液态锂离子电池作为一类主要的电化学储能器件，在当今社会中起着至关重要的作用。它不仅是众多消费电子产品的主要动力来源，也是电动汽车领域最突出的储能技术。由于传统液态锂离子电池采用的是液态电解质，其普遍存在易挥发、易燃、易爆等安全性问题，严重限制了锂离子电池的发展。因此，采用固态电解质取代液态有机电解质来解决传统液态电解质锂离子电池的安全问题成为下一代锂离子电池的突破点；采用固态电解质不仅能够解决锂离子电池的安全性问题，同时还可提高锂离子电池的能量密度。

固态电解质分为聚合物固态电解质和无机固态电解质两大类。当前，基于两类电解质中研究深入的PEO聚合物电解质和氧化物无机固态电解质的优缺点，人们广泛研究的是PEO/石榴石型氧化物无机固态电解质的复合固态电解质(Nano Energy 28(2016)447～454；Energy Storage Materials 26(2020)283～289)。这类复合固态电解质综合了PEO电解质界面相容性好以及无机固态电解质电化学窗口宽、离子电导率高的优点，而提高此类电解质性能的关键除了进一步提高复合相中氧化物电解质的性能外，还要解决复合相中PEO聚合物可燃的问题，100％实现固态电解质的高安全性。

现有技术中，磷酸三甲酯(TMP)，磷酸三丁酯(TBP)，三氟乙基磷酸酯(TFFP)等磷酸酯被作为液态电解液添加剂来降低碳酸酯电解液的可燃性，但其高粘度、低锂盐溶解度等问题影响了液态电解液的离子电导率。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种高安全性复合固态电解质及其制备方法，以保证引入的高效阻燃剂在不影响电化学性能的同时进一步提高固态电解质的安全性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种高安全性复合固态电解质，包括聚合物、锂盐、阻燃剂及无机固态电解质；所述锂盐与聚合物的质量比为(0.4～0.8):1，所述阻燃剂与聚合物的质量比为(0.2～0.5):1，所述无机固态电解质与聚合物的质量比为(5～50):100。

进一步，所述阻燃剂选自：磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三异丁酯、磷酸三(丁氧基乙基)酯、磷酸三(2-氯丙基)酯中的一种或任意几种的混合物。

进一步，所述聚合物为聚环氧乙烷，其分子量为800000～1000000；所述锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂。

进一步，所述无机固态电解质为纳米级石榴石型锂镧锆钽氧。

进一步，纳米级石榴石型锂镧锆钽氧的分子式为Li_7-xLa₃Zr_2-xTa_xO₁₂(0≤x≤0.5)，粒径为100～400nm。

另一方面，本发明还提供了一种制备如上部分或全部所述的高安全性复合固态电解质的方法，包括如下步骤：

1)制备纳米级石榴石型锂镧锆钽氧用作无机固态电解质；