[发明专利]一种用于锂电池的双层固态电解质薄膜及其制备方法

说明书

一种用于锂电池的双层固态电解质薄膜及其制备方法，涉及固态电解质薄膜及其制备方法。它是要解决现有的全固态锂电池中复合电解质电化学性能较差、电解质和负极之间界面兼容性较差的技术问题。本发明的电解质薄膜由复合固态电解质层和柔性聚合物固态电解质层组成。制法：将氧化物类锂离子导体型填料用表面处理剂包覆，然后与聚合物、锂盐制备复合固态电解质溶液；用聚合物和锂盐制备柔性聚合物固态电解质溶液；先将复合固态电解质溶液刮涂在平板基底上，再刮涂柔性聚合物固态电解质溶液，干燥后得到双层固态电解质薄膜。组装的全固态锂电池在3.0～4.2V电压内，室温下0.5C循环130圈的容量保持率为90.0％，可用于锂电池领域。

技术领域

本发明属于全固态锂电池领域，具体地涉及一种双层固态电解质薄膜及其制备方法。

背景技术

随着电动汽车和移动设备的迅速发展，充放电性能优异的锂离子电池成为储能领域的研究热点。然而，目前商业化的锂离子电池因其采用易燃、易爆的有机电解液，使用时存在一系列安全隐患。采用固态电解质替代有机电解液，是提升电池安全性能的有效解决办法。固态电解质具有更宽的电化学窗口，可以适配高压正极和金属锂负极。因此采用固态电解质可以制作具有更高能量密度的全固态锂电池，满足动力电池领域的发展需求。

近年来，在聚合物固态电解质中引入氧化物类锂离子导体型填料形成的复合固态电解质取得了研究者的广泛关注。这种有机-无机复合型电解质不仅结合了有机、无机电解质各自的优点，也避免了单一组分在单独使用时存在的弊端。然而目前研究最多的是以聚合物为主体的复合电解质，其中锂离子导体型颗粒作为填料，少量的分散于聚合物基体中。填料的含量被限制在一定范围内，这是因为填料含量的增加会导致不可避免的团聚，从而破坏电解质内部的离子传输路径。而这种以聚合物为主体的复合电解质往往具有较低的电化学稳定性和较差的机械强度，不能充分发挥无机相的优势。因此，制备无机相为主体的复合型固态电解质成为了解决上述问题的一种重要方法。

以无机相为主体的复合固态电解质虽然具有较高的电化学性能，但因其刚性较大，仍存在与金属锂负极界面接触差的问题。界面处的离子传输会在一定程度上受到阻碍，不利于固态电池的容量发挥，尤其是高倍率下的充、放电性能。

发明内容

本发明是要解决现有的全固态锂电池中复合电解质电化学性能较差、以及电解质和负极之间界面兼容性较差的技术问题，而提供一种用于锂电池的双层固态电解质薄膜及其制备方法。

本发明的用于锂电池的双层固态电解质薄膜由复合固态电解质层和柔性聚合物固态电解质层组成；

其中复合固态电解质层由氧化物类锂离子导体型填料、聚合物和锂盐组成；其中聚合物的质量占氧化物类锂离子导体型填料质量的15％～40％；锂盐的质量占聚合物的质量的33％～67％；

柔性聚合物固态电解质层由锂盐和聚合物组成；其中锂盐的质量占聚合物的33％～67％。

更进一步地，复合固态电解质层中的氧化物类锂离子导体型填料为铝掺杂磷酸钛锂、锗掺杂磷酸钛锂、锂镧钛氧、铝掺杂锂镧钛氧、锂镧锆氧、钽掺杂锂镧锆氧和铌掺杂锂镧锆氧中的一种或多种。

更进一步地，复合固态电解质层中的聚合物为聚丙烯腈、聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氯乙烯和聚碳酸丙烯酯中的一种或多种。

更进一步地，复合固态电解质层中的锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、三氟甲磺酸锂、六氟磷酸锂、双乙二酸硼酸锂、高氯酸锂和双氟磺酰亚胺锂中的一种或多种。

更进一步地，柔性聚合物固态电解质层中的聚合物为聚丙烯腈、聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氯乙烯和聚碳酸丙烯酯中的一种或多种。

更进一步地，柔性聚合物固态电解质层中的锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、三氟甲磺酸锂、六氟磷酸锂、双乙二酸硼酸锂、高氯酸锂和双氟磺酰亚胺锂中的一种或多种。