[发明专利]一种薄型层状固态电解质膜的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及全固态锂电池技术领域，公开了一种薄型层状固态电解质膜的制备方法及其应用，包括制备快离子导体二维纳米片的分散液及其自堆叠得到的层状框架、将粘结剂溶液或快离子导体纳米颗粒分散液插入层状框架得到层状膜、采用热压工艺处理所述层状膜得到薄型层状固态电解质膜。本发明所制备的薄型层状固态电解质膜具有良好的室温离子电导率、迁移数，高的机械强度以及低的面比电阻，并且能有效地抑制锂枝晶的生长。在全固态锂电池的应用中能实现优异的电化学性能和安全性能，抑制了电池容量的衰减，提高了电池的倍率性能，延长了电池的使用寿命。

技术领域

本发明涉及全固态锂电池技术领域，特别是涉及一种薄型层状固态电解质膜的制备方法及其应用。

背景技术

数十年来，由液态电解质引发的安全问题严重阻碍了锂金属电池的实际应用，如电解液泄漏、燃烧，甚至锂枝晶生长引起爆炸。采用固态电解质替代传统有机液态电解质被认为是解决电池安全问题的有效途径，使得具有高安全性和能量密度的全固态锂电池成为下一代最有前途的储能设备。

开发具有优异离子传导能力及机械性能稳定的薄型固态电解质对获得高性能全固态锂电池是至关重要的。无机固态电解质，包括石榴石型Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)、钙钛矿型Li_0.34La_0.56TiO₃(LLTO)、NASICON型Li_1.5Al_0.5Ge_1.5(PO₄)₃(LAGP)和硫化物Li₁₀GeP₂S₁₂(LGPS)，室温下具有优异的离子电导率(10^-4S cm^-1)，比固态聚合物电解质高3个数量级，接近甚至超过液态电解质。同时，强大的抗压强度赋予无机固态电解质有效抑制锂枝晶生长的能力。这些优势结合出色的热稳定性和宽电化学稳定性窗口使得无机固态电解质受到了学者们的广泛关注。然而，目前无机固态电解质通常是由陶瓷粉末压制而成。为了维持结构的稳定性，这些电解质厚度通常大于1mm。过大的厚度造成电解质内部锂离子扩散距离增大，降低电解质传导锂离子的能力，同时引起电池内阻的升高以及能量密度的急剧降低。基于以上所述，迫切需要对无机固态电解质进行改进，以开发出具有高离子电导率、高机械强度且薄的层状固态电解质膜，从而获得高性能全固态锂电池。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述不足，提供一种薄型层状固态电解质膜的制备方法及其应用。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种薄型层状固态电解质膜的制备方法，包括以下步骤：

S1，制备快离子导体二维纳米片分散液；

S2，快离子导体二维纳米片分散液中的快离子导体二维纳米片自堆叠得到层状框架；

S3，将粘结剂溶液或快离子导体纳米颗粒分散液插入步骤S2得到的层状框架内，制备得到层状膜；

S4，采用热压工艺处理步骤S3制备得到的层状膜，得到薄型层状固态电解质膜。

优选的，所述步骤S1包括：以蔗糖为结构导向剂与快离子导体前驱体液共混，通过两步烧结和液相剥离的方法获得含有快离子导体二维纳米片的快离子导体二维纳米片分散液；