[发明专利]固态电解质复合膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种固态电解质复合膜，包括：无机固态电解质以及有机固态电解质，无机固态电解质形成一具有内部孔隙的层状结构，有机固态电解质填充于无机固态电解质层状结构的内部孔隙中，有机固态电解质包括有机聚合物，有机聚合物是于无机固态电解质层状结构的内部孔隙中通过原位聚合反应所形成的。本发明可充分填满无机固态电解质层状结构的空隙，以提高密实度并阻碍锂晶枝的生成，进而提高固态电池的安全性及使用寿命。

技术领域

本发明涉及固态电池相关的技术领域，且具体地涉及一种固态电解质复合膜及其制备方法。

背景技术

半固态电池与全固态电池，被视为最可能达到高能量密度、高功率及高安全性等储能目标的下世代储能装置。半固态电解质与固态电解质则是实现半固态电池与全固态电池的关键组件。

固态电解质依材料主要可分为硫化物、氧化物以及有机聚合物等三大类。锂镧锆氧(LLZO)和磷酸钛铝锂(LATP)等氧化物电解质以及LiPSCl等硫化物电解质是目前最被广泛研究的固态电解质。但这些固态电解质仍无法有效地防止锂晶枝的生成，使得电池的安全性产生隐患，进而缩短电池的使用寿命。

一般而言，为了有效防止锂晶枝的生成，须要求固态电解质达到高密实度。由于这些电解质是由较硬的粉末堆栈而成的，因此形成固态电解质时，很难达到理想的密实度，难免会在晶粒间留下空隙，给锂晶枝有机会生长的空间。此外，需要高温高压等严苛条件，始能形成致密的固态电解质，既会增加成本，同时还可能会引起其它的不良反应。而且，这些固态电解质颗粒间留下的空隙也会降低锂离子的有效通道，并很难与正、负极间保持良好的接触，上述种种也是固态电池有待解决的难题。再者，这些固态电解质结构上较脆或机械强度不足，影响自身或所组装的固态电池的规模化量产。

发明内容

有鉴于此，本发明期望提供一种固态电解质复合膜及其制备方法，其以无机固态电解质为主体形成层状结构，并进行在层状结构的内部孔隙中的原位聚合反应形成有机聚合物作为有机固态电解质，以解决固态电池目前所遭遇的难题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供一种固态电解质复合膜，其包括：无机固态电解质以及有机固态电解质，所述无机固态电解质形成一具有内部孔隙的层状结构，所述有机固态电解质填充于无机固态电解质层状结构的内部孔隙中，所述有机固态电解质包括有机聚合物，有机聚合物是于无机固态电解质层状结构的内部孔隙中通过原位聚合反应所形成的。

较佳地，所述无机固态电解质包括氧化物电解质、硫化物电解质中的一种或多种的组合。

较佳地，所述无机固态电解质层状结构的内部孔隙率小于30％。

较佳地，所述氧化物电解质包括锂镧锆氧、磷酸钛铝锂、石榴石型氧化物Li_xLn₃M₂O₁₂中的一种或多种的组合，Ln是La或Y，M是Zr、Nb、Sn、Sb、Te、Hf或Ta，x介于3～7。

较佳地，所述硫化物电解质包括LGPS、LPS、LPSCl、LSnPS、LSiPS、LGSiPS、LAlPS、LGS、LGZS、LSiS、LSAlS中的一种或多种的组合。

较佳地，所述有机固态电解质也分布于无机固态电解质层状结构的至少一表面，且所述有机聚合物也是于无机固态电解质层状结构的表面上通过原位聚合所形成的。

较佳地，所述有机固态电解质更包括锂盐。

较佳地，所述有机固态电解质更包括锂盐、塑化剂。

较佳地，所述有机聚合物包括聚醚类、聚碳酸酯类、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、聚丙烯酸类、聚丙烯酸金属盐类中的一种或多种的组合。