[发明专利]一种固态电解质、固态电池及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种固态电解质、固态电池及其制备方法和应用；所述固态电解质的制备原料包括聚合物基质、锂盐和复合填料；所述复合填料包括改性无机填料，所述改性无机填料表面接枝有聚合物；通过在无机填料表面接枝聚合物，可以有效降低所述无机填料的表面能，使其难以发生团聚，提高了其在聚合物基质中的分散均匀性和稳定性，进而使得所述固态电解质具有优异的离子电导率，提升了包含所述固态电解质的固态电池的电性能。

技术领域

本发明属于固态电解质技术领域，具体涉及一种固态电解质、固态电池及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池因其能量密度较高、工作电压与工作温度较宽、循环性能优异、环境友好等优点而被广泛应用于电动汽车、航空航天、便携式设备等领域。其中电解质作为锂离子电池的关键组成部件，与电池的循环寿命、安全性、容量等性能紧密相连。

目前市场上应用最为广泛的电解质是有机液态电解质，但其易发生有机溶剂泄露、燃烧和爆炸等问题，存在较大的安全隐患；因此，使用不易燃烧的固态电解质替代有机液态电解质是解决锂离子电池安全性能的主要途径。

目前固态电池已成为下一代电池的重要技术方向之一，固态电解质主要包括无机固态电解质、聚合物固态电解质与有机/无机复合固态电解质三大类。其中，无机固态电解质具有机械强度高、电化学窗口宽以及室温离子电导率高 (10^-4～10^-3S/cm)等优点；但其与电极的界面接触差，且制备成本高；而有机固态电解质柔韧性较好，与电极界面接触良好，制备工艺成熟且成本较低，但其离子电导率较低，通常10^-5S/cm，难以满足锂离子电池的商业化应用。

第三大类的有机/无机复合固态电解质可同时兼容有机、无机两种固态电解质的优势，已成为极具应用前景的固态电解质。CN112062991A公开了一种有机无机固态电解质的制备方法，利用高温固相合成方法，以氟化锂和氢氧化锂为原料，真空中合成，随后与有机聚环氧乙烷混合制成固态电解质薄膜，在反应结束时，石英管中的熔融产物被快速冷却至室温，从而导致不同的织构和晶界形态。连续加热和在高真空下去除水，推动化学平衡。该发明制备简单、用时短、可控性强，可用于生产优质的氧氟化锂材料，适用于大规模量化制备，耗时短、纯度高。但由于其中无机填料纳米颗粒的表面效应，原子处于高度活化状态，导致颗粒表面能较高，极易与其他原子相结合；此外无机填料纳米颗粒还受到布朗运动和范德华力与氢键的影响，非常容易发生团聚现象，影响电解质的离子电导率，进而影响电池的性能。

因此，为了解决上述问题，改善无机填料在聚合物基底中的分散效果及稳定性，成为目前需要解决的重点技术问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种固态电解质、固态电池及其制备方法和应用，所述固态电解质的制备原料包括聚合物基质、锂盐和复合填料；所述复合填料的制备原料包括改性无机填料；所述改性无机填料表面接枝有聚合物；通过在无机填料表面接枝聚合物，成功降低了无机填料的表面能，提高了其在聚合物基体中的分散均匀性与稳定性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种固态电解质，所述固态电解质的制备原料包括聚合物基质、锂盐和复合填料；

所述复合填料的制备原料包括改性无机填料；所述改性无机填料表面接枝有聚合物。

本发明提供的固态电解质的制备原料包括聚合物基质、锂盐和复合填料；所述复合填料包括改性无机填料，且所述改性无机填料表面接枝有聚合物；本发明提供的固态电解质通过选择表面接枝有聚合物的改性无机填料搭配聚合物基质和锂盐，可以有效降低无机填料的表面能，使其难以发生团聚，进而提高了其在聚合物基质中的分散均匀性和稳定性，进而使得包含所述复合填料和聚合物基质的固态电解质具有优异的导电性能。

优选地，所述聚合物基质包括聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚丙烯腈中的任意一种或至少两种的组合。