[发明专利]一种复合型固态电解质及其制备方法和固态锂硫电池

说明书

本发明涉及一种复合型固态电解质，包括具有多孔结构的聚合物电解质骨架、以及填充在所述的聚合物电解质骨架中的液态电解质，其中，所述的液态电解质包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述的添加剂包括亲脂性添加剂、腈类添加剂、含锂添加剂中的一种或多种。本发明的复合型固态电解质中包含具有多孔结构的聚合物电解质骨架，一方面替代了隔膜，起到了隔开正负极的作用；一方面替代了电解液，有效的避免了多硫化锂的穿梭效应，减少不可逆容量的损失；另一方面，多孔的聚合物电解质骨架中填充液态电解质，改善了聚合物电解质与电极材料的电化学兼容性问题，界面问题等，使得锂离子的迁移呈多维度的接力模式，有效提高了电解质的离子电导率。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种复合型固态电解质及其制备方法和固态锂硫电池。

背景技术

基于低成本、环境友好和超高的理论容量使得锂硫电池有希望成为下一代高能量储能系统的首选。然而，由于中间产物多硫化锂LiPSs所诱导发生的穿梭效应造成活性物质材料的不可逆容量损失、库伦效率低、容量衰减快和严重的自放电等问题，是制约锂硫电池实际应用的最大阻碍。

另外，液态的锂离子电池多次发生燃烧安全事故，从内部分析主要为电解液的分解和反应，其中商用锂离子电池锂盐主要为六氟磷酸锂，该材料在高温下易发生热分解造成一系列的副反应，直接影响锂电池的性能，直至导致电池起火爆炸。

而固体电解质虽然本身稳定性很好，不易燃烧爆炸，可从本质上提升锂电池的安全性。但现在的固态电解质膜普遍存在室温离子电导率低、与正负极界面接触较差、电解质与正负极之间的界面阻抗较大等等问题，制约其发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种不仅安全性好且可以减少锂硫电池的不可逆容量损失的复合型固态电解质及其制备方法和固态锂硫电池。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明一方面提供一种复合型固态电解质，包括具有多孔结构的聚合物电解质骨架、以及填充在所述的聚合物电解质骨架中的液态电解质，其中，所述的液态电解质包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述的添加剂包括亲脂性添加剂、腈类添加剂、含锂添加剂中的一种或多种。

本发明的复合型固态电解质中包含具有多孔结构的聚合物电解质骨架，一方面替代了隔膜，起到了隔开正负极的作用；一方面替代了电解液，有效的避免了多硫化锂的穿梭效应，减少不可逆容量的损失；另一方面，多孔的聚合物电解质骨架中填充液态电解质，改善了聚合物电解质与电极材料的电化学兼容性问题，界面问题等，使得锂离子的迁移呈多维度的接力模式，有效提高了电解质的离子电导率。最后将该复合型固态电解质应用于锂硫电池，使得固态锂硫电池在充放电过程中具有较小的容量损失。

优选地，所述的亲脂性添加剂为四丁基碘化铵、正丁醇、乙醚中的一种或几种的组合。

优选地，所述的腈类添加剂为丙腈、丁二腈、正丁腈、己二腈、癸二腈中的一种或几种的组合。

优选地，所述的含锂添加剂为硝酸锂、甲基硫酸锂、四氟草酸磷酸锂中的一种或几种的组合。

优选地，所述的添加剂的添加量为所述的液态电解质总质量的1~5%。

优选地，所述的液态电解质中的锂盐为LiTFSI。

优选地，所述的锂盐的浓度为0.8~1.2mol/L。

优选地，所述的有机溶剂为体积比为1:0.8~1.2的乙二醇二甲醚（DME）和1,3-二氧戊环（DOL）的混合溶剂。

优选地，所述的聚合物电解质骨架包括含有磺酸基的嵌段聚合物、粘结剂以及锂盐。

进一步优选地，所述的嵌段聚合物为聚苯乙烯和聚醚胺的嵌段聚合物，所述的粘结剂为聚偏氟乙烯和/或聚偏氟乙烯-六氟丙烯；所述的聚合物电解质骨架中的锂盐为二(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂。