[发明专利]一种固体电解质膜及其制备方法和锂离子电池

说明书

技术领域：

本发明具体涉及一种固体电解质膜及其制备方法和含有该电解质膜的固体 锂离子电池。

背景技术：

从20世纪90年代第一块商业化应用的锂离子电池诞生以来，锂离子电池 以其能量密度高、输出功率大、无记忆效应等优点，在个人电脑、移动电子设 备、电动汽车、电动工具、储能设备等领域得到广泛应用。随着技术的进步， 锂离子电池的各项电化学性能如能量密度、循环性能等也都得到了极大的提升。 然而，由于当前锂离子电池仍广泛使用液态有机电解液，其安全性能问题仍没 有得到根本解决。

与传统锂离子电池不同，固态锂离子电池由于不含液态有机溶剂，可以从 根本上杜绝电池燃烧爆炸的风险。从而，为人类提供一种安全有效的新型锂离 子电池。然而，在种类繁多的固体电解质中，最接近实用化水准的无机硫基玻 璃陶瓷电解质极易与痕量的水和电极活性材料发生反应分解，在固体电解质和 电极材料的界面处形成较高的离子迁移阻抗，从而严重影响固体锂离子电池的 各项电化学性能。

发明内容：

有鉴于此，本发明第一方面提供了一种可以显著降低上述界面阻抗的固体 电解质膜。通过包覆的方法在玻璃陶瓷电解质表面设置一包覆层，从而在固体 电解质与电极材料界面形成一个过渡层，降低界面离子迁移阻抗。本发明第二 方面提供了该固态电解质膜的制备方法。本发明第三方面提供了含该固体电解 质膜的固体锂离子电池。

第一方面，本发明提供了一种锂离子电池固体电解质膜，包括玻璃陶瓷电 解质和包覆在其表面的包覆层，所述包覆层材料包括摩尔比1∶5～1∶10的锂盐和 聚合物材料。其中，所述玻璃陶瓷电解质为Li₂S-P₂S₅与Li₁₀GeP₂S₁₂中的至少一种； 所述锂盐为LiTFSI与LiFSI中的至少；所述聚合物为PEO、PAN、PMMA、PVDF 中的至少一种。

第二方面，本发明提供了一种锂离子电池固体电解质膜的制备方法，其特 征在于，包括以下步骤：

(1)取适量玻璃陶瓷电解质粉末均匀分散在无水甲苯溶液中，然后用刮刀 将其均匀涂布在芳纶无纺布上，惰性环境中充分干燥。

(2)将干燥后的涂布有玻璃陶瓷电解质的无纺布冷压，得玻璃陶瓷电解质/ 无纺布膜片。

(3)取适量聚合物颗粒溶解于无水乙腈中，然后加入适量锂盐，超声处理 至聚合物与锂盐完全溶解，锂盐与聚合物的摩尔比控制在1∶5～1∶10之间。

(4)将步骤(3)所得溶液通过静电纺丝法或液相喷涂法均匀设置在步骤(2) 所得玻璃陶瓷电解质/无纺布膜片上，惰性气氛中干燥后既得锂离子电池固态电 解质膜。

其中，所述步骤(1)中芳纶无纺布材质为聚对苯二甲酰对苯二胺，孔隙率 ～70％，孔径～30μm。

第三方面，本发明提供了一种固体锂离子电池，包括正极、负极以及放置 在正负极之间的固体电解质膜。制备步骤如下：将正极、固态电解质膜、负极 通过叠片工艺制得裸体电芯，用铝塑膜将电芯封装，通过化成后得固体锂离子 电池。

本发明所述锂离子电池固体电解质膜机械强度高，电化学性能优异，同时， 制备工艺简单，便于推广。

具体实施方式：

为进一步阐明本方面，下面结合具体实施例来描述本发明的优选实施方案， 这些描述只是为了进一步说明本发明的优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1

一种锂离子电池固体电解质膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)取适量玻璃陶瓷电解质粉末Li₂S-P₂S₅均匀分散在无水甲苯溶液中，然 后用刮刀将其均匀涂布在芳纶无纺布上，惰性环境中充分干燥。

(2)将干燥后的涂布有玻璃陶瓷电解质的无纺布冷压，得Li₂S-P₂S₅/无纺布 膜片。

(3)取适量PEO溶解于无水乙腈中，然后加入适量LiTFSI，超声处理至PEO 与LiTFSI完全溶解，PEO与LiTFSI的摩尔比为1∶7。