[发明专利]复合固态电解质材料及其制备方法、复合固态电解质膜的制备方法以及固态电池

说明书

本申请涉及电池领域，公开一种复合固态电解质材料及其制备方法、复合固态电解质膜的制备方法以及固态电池。该复合固态电解质材料，包括：锂镧锆氧基固态电解质颗粒，以及包覆于所述锂镧锆氧基固态电解质颗粒表面的无定形固态电解质；其中，所述无定形固态电解质为0.5Li_3.75M_0.75P_0.25O₄‑0.5Li₃BO₃，M选自Ge、Si或Al中的至少一种；以解决现有固态电解质与金属锂之间界面阻抗大、容易形成锂枝晶的问题。

技术领域

本申请涉及电池领域，特别涉及一种复合固态电解质材料及其制备方法、复合固态电解质膜的制备方法以及固态电池。

背景技术

近年来，具有沸点低、闪点低、易燃易挥发的有机电解液所带来的安全隐患随着电池的应用规模增大而增大，大大制约了高比能量锂二次电池的发展。基于无机固态电解质的固态锂金属电池由于具有高的安全性和能量密度，已成为极具应用前景的下一代电化学储能系统。

固体电解质方面，大多数聚合物固体电解质存在室温离子电导率较低 (10^-5～10^-6S·cm^-1)的缺点，限制了其实际应用。含有高分子聚合物电解质，和纳米无机填料(如无机氧化物固体电解质)的复合固态电解质，以其良好的加工性能、柔韧性和合理的离子电导率引起了人们的极大兴趣。该复合固态电解质膜具有良好的机械性能和高安全性，应用在固态电池中，可有效防止电解液泄漏，且无需隔膜，大大提高了电池的安全性和电化学性能。

但目前的固态锂金属电池中，固态电解质与金属锂之间仍然存在界面阻抗大和枝晶生长等界面问题，极大地限制了固态锂金属电池的商业化应用。

发明内容

本申请公开了一种复合固态电解质材料及其制备方法、复合固态电解质膜的制备方法以及固态电池，以解决现有固态电解质与金属锂之间界面阻抗大、容易形成锂枝晶的问题。

为达到上述目的，本申请提供以下技术方案：

第一方面，本申请提供一种复合固态电解质材料，包括：锂镧锆氧基固态电解质颗粒，以及包覆于所述锂镧锆氧基固态电解质颗粒表面的无定形固态电解质；其中，所述无定形固态电解质为0.5Li_3.75M_0.75P_0.25O₄-0.5Li₃BO₃，M选自 Ge、Si或Al中的至少一种。

进一步地，锂镧锆氧基固态电解质颗粒与无定形固态电解质的质量比为 7:3-3:7。

第二方面，本申请提供一种复合固态电解质材料的制备方法，包括以下步骤：

将锂镧锆氧基固态电解质颗粒与无定形固态电解质混合，并在烧结处理后得到所述复合固态电解质材料；其中，所述无定形固态电解质为 0.5Li_3.75M_0.75P_0.25O₄-0.5Li₃BO₃，M选自Ge、Si或Al中的至少一种。

进一步地，在将锂镧锆氧基固态电解质颗粒与无定形固态电解质混合前，所述制备方法还包括：对0.5Li_3.75M_0.75P_0.25O₄和Li₃BO₃的混合物进行球磨处理，得到所述无定形固态电解质。

进一步地，所述球磨处理中的气氛为氩气气氛，球磨时间45-60h，球磨速度350-500rpm。

进一步地，所述烧结处理为放电等离子体烧结处理。