[发明专利]一种夹层结构固态电解质及其制备方法和应用、固态锂离子电池

说明书

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种夹层结构固态电解质及其制备方法和应用、固态锂离子电池。本发明提供的夹层结构固态电解质的锂电池隔膜结构中存在排列均匀的孔隙，可以调节锂通量，使锂离子有序通过，抑制锂枝晶的生长，提供良好的界面兼容性，较低的界面阻抗和极化电压、高稳定的循环效率，从而提高固态电解质的电化学稳定性；锂电池隔膜两侧涂覆含有锂盐、陶瓷粉和离子液体的复合固态电解质，这些有机‑无机材料可以打乱聚环氧乙烷聚合物的排列有序度，从而抑制聚环氧乙烷聚合物再结晶，使聚环氧乙烷聚合物传输锂离子的效率更高，进而增强离子电导率，拓宽电化学窗口；此外，隔膜还可以增强聚环氧乙烷聚合物的机械性能。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种夹层结构固态电解质及其制备方法和应用、固态锂离子电池。

背景技术

锂离子电池的迅速发展引起了世界范围内的能源革命。锂离子电池不断提高的电化学性能极大推动了电动汽车及大型储能电站的蓬勃发展。然而，伴随能量密度升高，锂电池起火爆炸事故增多，其安全性问题更为凸显。在此背景下，由于固态电池具有热-电化学性能稳定、高的安全性能和优秀的循环性能等特点，被认为是最有可能取代传统锂电池的下一代电池技术之一。目前已经提出并研究了各种固体电解质来制备可充电固态锂金属电池，例如无机固体电解质、聚合物电解质、无机-聚合物复合固体电解质或凝胶聚合物电解质等。其中，聚合物固态电解质是最有可能实现商业化的固体电解质。

为了进一步优化固态金属锂电池的电化学性能和安全性能，需要在工作温度、安全性、离子电导率、迁移数和机械性能方面对聚合物基电解质进一步进行基础研究和开发。与其他新兴的锂离子导电聚合物电解质相比，聚环氧乙烷基聚合物电解质被视为具有竞争力的候选者。然而，由于环氧乙烷基聚合物电解质是纯聚合物电解质，机械性能较差，而且该纯聚合物电解质在导锂过程中会自发按有序结构排列，重新结晶，从而导致其室温离子电导率低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种夹层结构固态电解质及其制备方法和应用、固态锂离子电池，本发明提供的夹层结构固态电解质具有较高的室温离子电导率和机械强度。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种夹层结构固态电解质，包括锂电池隔膜和分别涂覆于所述锂电池隔膜两侧表面的第一复合固态电解质和第二复合固态电解质；；所述第一复合固态电解质和第二复合固态电解质的制备原料独立包括聚环氧乙烷、陶瓷粉、离子液体、锂盐和光引发剂。

优选的，所述聚环氧乙烷、陶瓷粉、离子液体、锂盐和光引发剂的质量比为(20～90):(5～15):(10～60):(10～50):(0.5～2)。

优选的，所述锂电池隔膜包括聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、陶瓷隔膜或纤维素隔膜。

优选的，所述聚环氧乙烷的重均分子量为10～700万。

优选的，所述陶瓷粉的组成包括磷酸钛铝锂、锂镧锆氧、锂镧钛氧、锂铝氧、掺杂锂镧锆氧、锂锗磷硫和锂磷硫中的一种或几种。

优选的，所述离子液体为咪唑类离子液体或吡咯烷类离子液体。

优选的，所述锂盐包括高氯酸锂、六氟砷酸锂、六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、三氟甲基磺酸锂和二草酸硼酸锂中的一种或几种；所述光引发剂包括夺氢型光引发剂。

本发明还提供了上述技术方案所述夹层结构固态电解质的制备方法，包括以下步骤：

将聚环氧乙烷、陶瓷粉、离子液体、锂盐、光引发剂和有机溶剂混合，将所得浆料涂覆在锂电池隔膜的两侧表面，干燥，得到夹层结构薄膜；

将所述夹层结构薄膜依次进行热压和紫外交联反应，得到夹层结构固态电解质。