[发明专利]固态电解质及其锂电池、锂电池电芯及其制备方法

说明书

本发明涉及锂电池领域，特别涉及固态电解质及具有该固态电解质的锂电池电芯、锂电池，所述固态电解质包括所述固态电解质包括BF₄^‑阴离子基团与LiM⁺阳离子基团，其中，M包括Ge或Sn。具体地，所述LiM⁺为含Ge或Sn与Li结合而形成玻璃态物质。所述LiM⁺形成的玻璃态物质对Li⁺的束缚较弱，因此锂离子易迁移，并且LiM⁺可形成较稳定阳离子骨架结构，在阴离子基团BF₄^‑也非常稳定的情况下，该电解质具有较高的电化学窗口。具有固态电解质的锂电池电芯及锂电池，也具有较高的机械或电学性能。所述锂电池电芯的制备方法，可实现以蒸发或磁控溅射的方式在正极层和/或负极层的表面形成上述固态电解质层。

【技术领域】

本发明涉及锂电池领域，特别涉及一种固态电解质及其锂电池、锂电池电芯及其制备方法。

【背景技术】

相对于传统液态电解质来说，全固态电解质具有机械强度大、安全性好等优点。然而现有的固态电解质体系除了硫化物以外，锂离子电导率均较低，一般室温下离子电导率均小于10^-3S/cm，因此，硫化物固体电解质材料一直以来都是人们研究的热点。然而硫化物固态电解质对水、空气非常敏感，且现有技术中固态电解质材料与正、负极材料接触后均存在较大的界面电阻，导致循环寿命较短。

现有固态电解质的机械性能较差，且离子电导率、锂离子迁移数角度，难以满足高性能锂电池对固态锂离子电解质的性能要求。因此，亟待提供一种高性能的硫化物固态电解质的技术方案。

【发明内容】

为克服现有固态电解质性能不佳的问题，本发明提供了一种固态电解质及其锂电池电芯、锂电池，锂电池电芯的制备方法。

本发明为解决上述技术问题提供一技术方案如下：一种固态电解质，其包括BF₄^-阴离子基团与LiM⁺阳离子基团结合而形成玻璃态的固态电解质，所述LiM⁺阳离子基团包括含Ge或Sn与Li结合而形成的阳离子骨架结构。

优选地，所述固态电解质包括玻璃态的LiGe₂(BF₄)₉或LiSn₂(BF₄)₉。

优选地，所述固态电解质包括玻璃态的LiGe₂(BF₄)₉与LiSn₂(BF₄)₉，其中，LiGe₂(BF₄)₉与LiSn₂(BF₄)₉之间的比例为(1-6):1。

本发明为解决上述技术问题提供又一技术方案如下：一种锂电池电芯，其具有如上所述固态电解质。

优选地，所述固态电解质的厚度为200nm-20μm。

优选地，所述锂电池电芯包括正极层，所述固态电解质形成于所述正极层的一面，所述固态电解质远离所述正极层的一面上设置负极层；所述正极层包括柱状晶体正极材料，所述负极层包括金属锂或锂硅碳复合负极。

本发明为解决上述技术问题提供又一技术方案如下：一种锂电池，其包括至少两个连续叠层设置如上所述锂电池电芯，直接叠加设置的至少两个锂电池电芯之间共用一正负共极集流体，该正负共极集流体包括两个相对的主表面，其中一个主表面上形成所述正极层，以作为其中一锂电池电芯的正极结构，另一主表面上形成负极层，以作为另一锂电池电芯的负极结构。

优选地，共用一正负共极集流体的两个锂电池电芯之间为串联连接。