[发明专利]一种复合固态电解质及包括该复合固态电解质的锂离子电池

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种复合固态电解质及包括该复合固态电解质的锂离子电池。本发明的复合固态电解质能够消除氧化物固态电解质表面的杂质，并原位转化为卤化锂，卤化锂的形成可以阻隔氧化物固态电解质和空气中的水及二氧化碳的继续反应，且不腐蚀氧化物固态电解质本身，提高了氧化物固态电解质在空气中的稳定性；同时引入的助烧剂可以填充在氧化物固态电解质晶粒之间的间隙，提高氧化物固态电解质的致密度，降低氧化物固态电解质的晶界电阻，进一步提高复合固态电解质的性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种具有高离子电导率的复合固态电解质及包括该复合固态电解质的锂离子电池。

背景技术

近年来，在各种商业化可充放电化学储能装置中，锂离子电池具有能量密度高、使用寿命长等特点，在手机、笔记本电脑、电动汽车等领域得到广泛应用。目前锂离子电池所使用的电解液大多都是液态有机电解液，但是液态有机电解液易挥发易燃易爆的特性严重影响了锂离子电池在使用过程中的安全性。

固态电解质具有较高的机械强度、优异的致密度和一定抵制锂枝晶生长的能力，且无液态有机电解液易挥发易燃易爆的特性，因此，若是固态电解质代替液态有机电解液发展全固态锂离子电池则能大幅度提升锂离子电池在使用过程中的安全性。

固体电解质材料种类繁多，其中无机固态电解质由于具有良好的离子电导率、可忽略的电子电导、较宽的电化学窗口等优点成为固态电解质中的研究热点。而无机固态电解质中氧化物电解质凭借着空气稳定性好、离子传输顺畅等优势被广泛研究。然而，氧化物电解质也存在两个主要的问题：1)氧化物电解质晶粒间存在孔隙，导致晶界电阻变大；2)氧化物电解质在空气中暴露会形成Li₂CO₃，增加了电解质的电阻，不利于离子传输。

为了进一步提高氧化物电解质的性能，在电解质的制备过程中通常会对其进行元素掺杂(如掺杂Al、Nb、Ta或Ga等)使其结构产生空位，并在1100℃以上进行高温烧结使电解质致密化。然而，高温下长时间的烧结容易引起锂盐的挥发，从而造成组分偏差，这导致离子电导率的降低，并且这种长时间高温烧结得到的电解质的致密化也并不完全，依然会存在一定的晶界电阻，影响锂离子传输。为了解决氧化物电解质表面Li₂CO₃的问题，目前通常会采取陶瓷片表面抛光的手段，将这种阻碍离子传输的高阻抗物质打磨掉，但这种处理方式不足以完全解决问题，而且均匀性较差。

发明内容

为了解决现有固态电解质存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种能够改善晶界电阻、在空气中的稳定性及电极界面性能的复合固态电解质。所述固态电解质具备高离子电导率和良好界面性能。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种复合固态电解质，所述复合固态电解质包括氧化物固态电解质、助烧剂和卤化锂。

根据本发明的实施方式，所述氧化物固态电解质占所述复合固态电解质总质量的90～99.9wt％(例如为90wt％、91wt％、92wt％、93wt％、94wt％、95wt％、96wt％、97wt％、98wt％、99wt％、99.5wt％或99.9wt％)；所述卤化锂占所述复合固态电解质总质量的0.1～5wt％(例如为0.1wt％、0.2wt％、0.5wt％、0.8wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％或5wt％)，所述助烧剂占所述复合固态电解质总质量的0.1～5wt％(例如为0.1wt％、0.2wt％、0.5wt％、0.8wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％或5wt％)。

根据本发明的实施方式，所述卤化锂包覆(例如为部分包覆或全部包覆)在氧化物固态电解质表面，形成厚度为1～200nm的卤化锂层；所述助烧剂填充在氧化物固态电解质的晶粒之间的间隙中。