[发明专利]一种硫化物固态电池用电解质膜及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种硫化物固态电池用电解质膜及其制备方法和用途。所述电解质膜包括基膜、纳米陶瓷颗粒层以及硫化物电解质层；其中，所述基膜的孔隙中含有电解液，所述纳米陶瓷颗粒层位于所述基膜的相对的两侧的表面，所述硫化物电解质层位于所述纳米陶瓷颗粒层的表面。本发明所提供的硫化物固态电池用电解质膜具有高界面接触性，高强度，以及高离子电导率，能有效地解决电极与电解质膜之间的界面接触阻抗大、电解质膜电导率不够、电池加工性差等问题，从而优化了硫化物固态电池的倍率性能及循环性能并简化以后的制造工艺，提升了电池合格率。

技术领域

本发明属于固态电池的技术领域，涉及一种硫化物固态电池用电解质膜及其制备方法和用途。

背景技术

随着新能源动力电池领域对于电池技术的安全性和高能量密度要求越来越高，传统的液态电池已经越来越不能满足消费者的使用需求，尤其是安全性能方面，因此开发高能量密度高、安全性好的全固态锂电池已成为行业未来发展的趋势。目前的全固态电池主要包括聚合物基全固态电池、有机无机复合全固态电池、硫化物基全固态电池。其中以硫化物基全固态电池发展行情最被行业所看好，但是目前硫化物基全固态电池存在正负极电极内部离子导电网络差，电解质膜与电极片之间的界面固固接触导致界面阻抗大，电介质膜电导率低，硫化物与活性物质接触发生界面反应等问题，导致硫化物基全固态电池的倍率性能和循环性能很难达到商用的要求。

目前在已报道的硫化物全固态电池的主要结构及工艺为：负极采用锂金属或者硅碳复合极片，电解质层为湿法涂布的硫化物电解质膜，正极为湿法涂布的NCM,LCO,LFP极片，然后将独立成膜正负极极片及电解质膜通过平板热压或其他加压的方式压实在一起，再将多个独立的小单元通过内部并联的方式组装成高容量的软包电池。上叙的硫化物固态电池的组装方法存在以下问题：1.为了保证固态电池的高能量密度一般的电解质膜会优选降低控制电解质膜的厚度，导致电解质膜的机械强度降低，电解质膜在与电极复合的过程中很容易发生开裂导致短路，导致电池的一致性和成品率低；2.使用锂金属作为负极时，为了保证锂金属与电解质膜的接触需要加压改善电解质膜与锂金属的界面接触，此时由于锂金属的高延展性会导致电芯在制作的过程中很容易发生短路导致电芯失效，同时锂金属负极在充放电过程中枝晶生长很容易刺破电解质层导致短路；3.由于硫化物电解质膜物理机械性能差，导致整个制作过程工艺流程复杂，成功率低，成本高，量产难度高。

CN109661743A公开了离子导电固态组合物，其包含在有机材料的基质中的离子导电无机颗粒。所得复合材料具有高的离子电导率和便于加工的机械性能。在该文献的一些实施方案中，提供的电解质膜，虽然有效提升了电解质层的柔韧性，但是由于非离子导体聚合物的存在，大大降低了室温离子电导率。

CN109148944A公开了一种高离子电导率的复合固态电解质及其制备方法，属于锂离子电池固态电解质技术领域。复合固态电解质由无机固态电解质、聚合物电解质和锂盐组成，无机固态电解质、聚合物电解质和锂盐的质量比例为0.2～0.8：0.2～0.8：0.05～0.5。本发明通过静电纺丝制备无机固态电解质纳米纤维，并将其通过冷冻铸造法制备垂直取向的无机固态电解质骨架，以聚合物和锂盐浇筑形成复合固态电解质。但是该过程制备方法复杂，成本较高，并且实施例中采用的无机固态电解质均为氧化物，若采用普通的硫化物固态电解质同样存在制备、存储、运输条件严苛、成本较高的问题。

因此如何开发一种具有超薄、高电导、且物理机械性能优异的适用于硫化物全固态体系的电解质膜，来提高硫化物全固态电池的工艺可行性，改善其性能，是目前急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硫化物固态电池用电解质膜及其制备方法和用途。本发明所提供的硫化物固态电池用电解质膜具有高界面接触性、高强度以及高离子电导率，能有效地解决电极与电解质膜之间的界面接触阻抗大、电解质膜电导率不够、电池加工性差等问题，从而优化了硫化物固态电池的倍率性能及循环性能并简化以后的制造工艺，提升了电池合格率。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：