[发明专利]复合固态电解质、固态锂电池及制备方法

说明书

本发明公开了一种复合固态电解质，其包括无机固态电解质、有机固态电解质基体和锂盐，所述无机固态电解质和所述锂盐设置于所述有机固态电解质基体中，所述无机固态电解质为Li_1+xM_xTi_2‑x(PO₄)₃，其中0≤x≤2，M选自Al或Sc，所述有机固态电解质基体选自聚氨酯基聚合物。实验结果表明，该复合固态电解质具有较好的成膜性能和稳定性，并且在改善无机固态电解质成型情况的同时，较好地保持复合后的固态电解质的离子电导率性能。具有十分可观的应用前景。

技术领域

本发明涉及储能技术领域，特别是涉及一种复合固态电解质、固态锂电池及制备方法。

背景技术

锂离子电池具有高比能、单体电压高等优势，已在消费电子和新能源汽车等领域获得了广泛应用。传统的锂离子电池通常使用高挥发性和易燃的有机溶剂型液体电解质，这给电池造成了巨大的安全隐患。随着新能源汽车的迅速发展，人们对使用高能锂电池的安全问题也日益关注。此外，由于锂电池中含有高活性的锂金属，液态电解质会逐渐与锂发生诸多副反应，因而也会限制锂金属的长期耐用性。

基于固态电解质的全固态锂电池具有高能量密度和高安全的优势，是当前储能领域的研究热点。与液体电解质锂电池和凝胶电解质锂电池相比，全固态锂电池更安全，循环寿命更长，对封装和充电状态监测电路的要求更低。然而传统的固态电解质面临的最严重的问题是离子电导率较差，例如锂磷氧氮(LiPON)固态电解质及许多聚合物固态电解质的离子电导率在室温下通常不超过10^-6S/cm，远远难以满足其商业化应用的实际需求。以聚合物制备的有机固态电解质易于成型，但室温离子电导率低，仅约10^-6S/cm。一些以氧化物制备的无机固态电解质的电导率可以达到接近10^-3S/cm，但这种固态电解质却具有界面阻抗大、难成型的缺点，导致其也无法在商业化电池中得到有效应用。传统技术中也存在将有机固态电解质与无机固态电解质进行复合，以改善无机固态电解质难成型的缺点，但复合后所得的电解质的离子电导率相比于单一的无机电解质会出现十分明显的下降。

发明内容

基于此，本发明的首要目的在于提供一种复合固态电解质，以在改善无机固态电解质成型情况的同时，较好地保持复合后的固态电解质的离子电导率性能。进一步，提供其对应的制备方法及应用。

根据本发明的一个实施例，一种复合固态电解质，其包括无机固态电解质、有机固态电解质基体和锂盐，所述无机固态电解质和所述锂盐设置于所述有机固态电解质基体中，所述无机固态电解质为Li_1+xM_xTi_2-x(PO₄)₃，其中0≤x≤2，M选自Al或Sc，所述有机固态电解质基体选自聚氨酯基聚合物。

在其中一个实施例中，所述无机固态电解质为连续的三维网格结构，所述无机固态电解质被所述有机固态电解质整体包覆。

在其中一个实施例中，所述无机固态电解质在所述复合固态电解质中的质量含量为1％～10％。

在其中一个实施例中，所述聚氨酯基聚合物由包括扩链剂在内的原料制备所得，所述扩链剂选自1,4-丁二醇、甲基丙二醇、乙二胺、异佛尔酮二胺和二乙基乙二醇中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述锂盐选自LiPF₆、LiBF₄、LiTFSI、LiFSI和LiCF₃SO₃中的一种或多种。

在其中一个实施例中，在所述复合固态电解质中，所述锂盐与所述有机固态电解质基体组成的整体的质量含量为90％～99％。

在其中一个实施例中，在所述锂盐与所述有机固态电解质基体组成的整体中，所述锂盐的质量含量为20％～40％。