[发明专利]一种复合固体电解质材料及制备方法和全固态电池

说明书

本发明公开了一种复合固体电解质材料及制备方法和全固态电池。全固态电池包括正极层、负极层和位于正极层与负极层之间的复合固体电解质材料。复合固体电解质材料包括聚氧化乙烯、具有高离子电导率的无机粉体、塑晶化合物及锂盐。按比例称取聚氧化乙烯和锂盐，加入有机溶液中，搅拌后得到溶液A；按比例称取无机粉体和塑晶化合物，加入到溶液A中，搅拌得到混合均匀的悬浊液B；将悬浊液B浇铸到模具中，对模具中的悬浊液B进行干燥，得到有机/无机复合固体电解质材料。本发明的复合固体电解质材料的室温离子电导率明显提升，电化学稳定性增强，与正负极间的界面接触更加稳定，同时其组装的全固态电池的容量衰减问题也能得到明显改善。

[技术领域]

本发明涉及锂离子电池，尤其涉及一种复合固体电解质材料及制备方法和全固态电池。

[背景技术]

锂离子电池自1991年投入市场以来一直备受瞩目，快速占领了二次电池的市场领先地位，已成为21世纪能源经济中一个不可或缺的组成部分。电解质作为锂离子电池不可或缺的组成部件，它的性能在很大程度上影响电池的各项性能指标，因而具有优异电化学性能的电解质材料的发现将具有重要的时代意义。相比于传统的液态锂离子电池，固态电池采用采用固体电解质材料代替传统电解液，减少了电解液、隔膜和粘结剂等的使用，不仅简化了电池结构，而且避免了电解液泄露等安全问题。

固体电解质可大致分为无机固体电解质和聚合物固体电解质。虽然无机固体电解质的电导率已经能够达到较高水平，但无机固体电解质与电极界面的固-固界面接触使得固体电解质与电极界面阻抗较大，这严重影响了电池的容量和循环稳定性。相对于无机固体电解质，聚合物电解质更加的柔软，这使得它与电极的兼容性较好，且易于加工成各种形状，因而获得了广泛的研究。聚氧化乙烯(PEO)是目前研究最早和最多的一类聚合物电解质材料，但PEO基聚合物电解质的室温离子电导率较低(10^-7S/cm～10^-6S/cm)，且电化学稳定性较差，电化学窗口较窄(～4.5V)，这些都限制了纯PEO聚合物电解质的应用。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种室温离子电导率高，电化学稳定性强的复合固体电解质材料。

本发明另一个要解决的技术问题是提供一种室温离子电导率高，电化学稳定性强的复合固体电解质材料的制备方法。

本发明还有一个要解决的技术问题是提供一种容量不易衰减的全固态电池。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种复合固体电解质材料，包括聚氧化乙烯、具有高离子电导率的无机粉体、塑晶化合物及锂盐；按质量百分比，

以上所述的复合固体电解质材料，所述聚氧化乙烯的粘均分子量Mv为5×10³～9×10⁶。

以上所述的复合固体电解质材料，所述的无机粉体为Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)、Li₁₀GeP₂S₁₂(LGPS)和Li₂O-Al₂O₃-TiO₂-P₂O₅(LATP)中的至少一种，无机粉体的平均粒径为100nm～20μm，无机粉体的质量占总质量的1％～80％。

以上所述的复合固体电解质材料，所述的塑晶化合物为丙二腈、丁二腈、己二腈、N-甲基-N-乙基双(三氟甲基磺酰)亚胺四氢吡咯(PY₁₂TFSI)和含腈基季胺盐中的至少一种，塑晶化合物的质量占总质量的1％～20％。

以上所述的复合固体电解质材料，所述的聚氧化乙烯中的氧原子与锂盐中的Li的摩尔比在8:1至30:1之间。