[发明专利]一种高强度固态电解质膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及固态锂电池领域，公开了一种高强度固态电解质膜及其制备方法和应用。该固态电解质膜包括多孔支撑膜，以及存在于多孔支撑膜两面和孔隙中的固态电解质；所述的固态电解质包括聚合物电解质、无机固态电解质及锂盐。本发明以多孔支撑膜为载体，负载聚合物电解质和无机固态电解质复合固态电解质，能使固态电解质膜具有较高的机械强度，同时具有较高的室温离子导电率。

技术领域

本发明涉及固态锂电池领域，尤其涉及一种高强度固态电解质膜及其制备方法和应用。

背景技术

中国动力电池技术发展规划明确2025年锂离子电池能量密度达到400Wh/Kg，2030年达到500Wh/Kg。然而，传统锂离子电池相对于这一目标，仍然存较大差距，而且随着能量密度提升，锂离子电池安全性能也需要被考虑，尤其传统锂离子电池所使用的电解液存在泄漏、易燃易爆等安全隐患。虽然通过优化电解液、采用耐高温隔膜、使用更加优异热稳定性的正极材料、优化电池包系统等提高安全性，但仍然无法从根本上保证高能量密度锂离子电池的安全性。而固态锂电池可以替代易燃的电解液和隔膜，有望从根本上解决传统锂离子电池高能量密度及安全性的问题。

固态锂电池具有不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发的特性，固态电解质是固态电池的核心，电解质材料很大程度上决定了固态锂电池的各项性能参数。按化学组成成分分类，固态电解质主要包括聚合物固态电解质和无机固态电解质。聚合物固态电解质(如公开号为CN112490499A的专利)成膜性能好，机械强度高，对金属锂稳定，但室温离子导电率较低；无机固态电解质(如公开号为CN108808075B的专利)具有优异的室温离子导电率，电化学窗口宽，但机械强度及界面接触性差，对水和氧极其敏感，制备环境要求严格，无法满足固态锂电池实际应用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高强度固态电解质膜及其制备方法和应用。该固态电解质膜具有较高的机械强度，同时具有较高的室温离子导电率。

本发明的具体技术方案为：

一种高强度固态电解质膜，包括多孔支撑膜，以及存在于多孔支撑膜两面和孔隙中的固态电解质；所述的固态电解质包括聚合物电解质、无机固态电解质及锂盐。

本发明以多孔支撑膜为载体，能提高固态电解质膜的机械强度；采用多孔支撑膜，使部分固态电解质填充于载体的孔隙中，能提高支撑膜与固态电解质之间的结合强度，进一步提高电解质膜的机械强度，同时还有利于提高电解质膜的室温离子导电率。此外，本发明以聚合物固态电解质和无机固态电解质复合作为电解质，既能使电解质膜具有较高的室温离子导电率，又改善电解质膜的机械强度及其与电极之间的接触性。

作为优选，所述多孔支撑膜的孔隙率为50～80％，孔径为50～300μm。

在本发明中，当支撑膜的孔隙率和孔径过小时，其与固态电解质之间的结合强度较小，会导致固态电解质与支撑膜之间易剥离，同时还会影响其室温离子导电率；虽然支撑膜中的孔隙能提高其与固态电解质之间的结合强度，但当支撑膜的孔隙率和孔径过大时，由于支撑膜的机械强度减小，因而会造成固态电解质膜的机械强度较小。本发明将支撑膜的孔隙率控制在50～80％，孔径控制在50～300μm，能使电解质膜兼具较高的机械强度和室温离子导电率。

作为优选，所述多孔支撑膜为纤维素、无纺布、聚酰亚胺、芳纶、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯中的一种或多种。

作为优选，所述聚合物电解质为聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚磷腈、聚碳酸酯、聚氨酯、聚丙烯腈中的一种或多种。

作为优选，所述无机固态电解质为锂镧钛氧、锂镧锆氧、锂镧锆钽氧、磷酸铝钛锂中的一种或多种。

作为优选，所述锂盐为双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、二氟甲基磺酰亚胺锂、高氯酸锂中的一种或多种。