[发明专利]复合电解质及其制备方法、固态电池

说明书

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种复合电解质及其制备方法、固态电池。所述复合电解质包括二氧化锆气凝胶膜及分散于其中的离子液体。将二氧化锆气凝胶膜用在复合电解质中起到正负极阻隔层的隔膜作用，同时二氧化锆气凝胶具有极高的耐热性，因此用作电解质材料具有很好的安全性；该复合电解质中的二氧化锆气凝胶膜作为三维网络结构骨架，具有高孔隙率和超轻密度的特点，将具有低蒸汽压、高耐热性、高化学稳定性和高离子电导率的离子液体存储在二氧化锆气凝胶膜中进行离子传导，从而形成一种兼具高性能的热稳定性和离子电导率的复合电解质，在固态电池领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种复合电解质及其制备方法、固态电池。

背景技术

目前，锂离子电池已成为电子设备和纯电动汽车中一种越来越受欢迎的技术，而纯电动汽车已经成为新能源汽车的主流趋势。但是近年来纯电动汽车的安全事故不断，仅2019年至今为止将近有41起安全事故，因传统液态锂离子电池由于采用液态的电解液和低熔点、低玻璃化转变温度的隔膜，导致传统液态电池存在着安全问题。

众所周知，固态电池为未来动力电池的发展主流趋势，但以目前的技术发展趋势而言，全固态动力电池依旧存在很多技术问题未能解决，如界面阻抗，低离子电导率，高成本，循环稳定差等。

专利CN108550904A公开一种纳米多孔阵列状固态化电解质，该电解质由二氧化锆颗粒自组装成的多孔纳米阵列和吸附固化在所述颗粒表面的锂盐和离子液体的混合物构成；纳米孔道为锂离子传输提供有序的直线通道，缩短离子的传输距离和时间；离子液体的复合使得电解质具有高的热稳定性，同时降低锂离子的传输势垒，提高离子电导率；但是，二氧化锆颗粒密度高，比表面积低，制备的固态电解质及应用到电池后将影响电池体系的能量密度，同时由于比表面积低，其能形成的孔隙较气凝胶型少，存储的离子液体较少，其离子传输通道少，将影响电池的倍率性能。

因此，现有技术有待改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合电解质及其制备方法、固态电池，旨在解决二氧化锆颗粒固态电解质难以存储离子液体的技术问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供一种复合电解质，所述复合电解质包括二氧化锆气凝胶膜及分散于其中的离子液体。

本发明提供的复合电解质包括二氧化锆气凝胶膜和分散在所述二氧化锆气凝胶膜中的离子液体，二氧化锆气凝胶具有低介电常数、高比表面积和高介电强度等优点，可作为高压绝缘材料，将二氧化锆气凝胶膜用在复合电解质中起到正负极阻隔层的隔膜作用，同时二氧化锆气凝胶具有极高的耐热性，因此用作电解质材料具有很好的安全性；该复合电解质中的二氧化锆气凝胶膜作为三维网络结构骨架，具有高孔隙率和超轻密度的特点，可以存储更多的离子液体，将具有低蒸汽压、高耐热性、高化学稳定性和高离子电导率的离子液体存储在二氧化锆气凝胶膜中进行离子传导，从而形成一种兼具高性能的热稳定性和离子电导率的复合电解质，在固态电池领域具有很好的应用前景。

在一个实施例中，所述二氧化锆气凝胶膜和所述离子液体的质量比为(0.01-0.5)：1。离子液体含量越高，其离子电导率越高，但是会使复合电解质体系的能量密度下降，而当离子液体太少时，则体系的离子电导率不够，无法实现电池高倍率；因此，在上述比例范围内组成的复合电解质兼具良好的能量密度和离子电导率。

在一个实施例中，所述二氧化锆气凝胶膜的厚度为0.1-1mm，比表面积为300-700m²/g，热分解温度大于450℃；该厚度范围内的二氧化锆气凝胶膜既可以很好的阻隔作用，又不影响电池的能量密度，该比表面积内的二氧化锆气凝胶膜既可以存储更多的离子液体，又不影响电池的能量密度，二热分解温度大于450℃使其具有高耐热性。