[发明专利]一种固态电解质及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供一种固态电解质及其制备方法和锂离子电池。该固态电解质按照质量百分含量包括0.1‑80％无机电解质管体，余量为聚合物电解质。本发明的固态电解质具有更加优异的锂离子电导率与机械强度。

技术领域

本发明涉及一种固态电解质，尤其涉及一种固态电解质及其制备方法和锂离子电池，属于二次电池技术领域。

背景技术

固态锂离子电池采用固态电解质替代了传统锂离子电池的液态电解液，因而具有高安全性和高能量密度的特性。近年来固态锂离子电池被广泛地关注和研究，被认为是最有潜力的下一代电池之一。

但是，目前固态锂离子电池离商用还有一定的距离，因为固态锂离子电池的综合性能还存在一些短板，例如，在循环性能及低温性能等方面还与常规液态电池存在差距。固态锂离子电池性能主要受限于固态电解质材料的性能。固态电解质作为固态锂离子电池中最关键的材料，其性能对固态锂离子电池性能的影响非常大。开发室温离子电导率高、机械强度高、柔性的固态电解质对提升固态锂离子电池的性能具有重要意义。

常用的固态电解质主要分为聚合物电解质、硫化物电解质、氧化物电解质三大类别。这三大类固态电解质都存在各自的优缺点，其中聚合物电解质具有柔性特点有利于固态电池界面接触而且容易批量化制备成电解质膜但是其离子电导率较低且不耐高电压，硫化物电解质离子电导率高但是其在空气中极不稳定而且与锂电池正负极材料的界面阻抗高，氧化物电解质离子电导率较高但是不具备柔性特点界面接触难以保证且难以加工成膜。因而它们目前均无法完全满足固态锂离子电池产品应用的要求。

通过将多种电解质复合形成复合电解质的思路是一种取长补短的有效解决方案。例如采用聚合物电解质与氧化物电解质复合，或者采用聚合物电解质与硫化物电解质复合，得到的复合固态电解质膜兼具柔性和高离子电导率。

目前的复合电解质大多采用聚合物电解质与氧化物电解质粉体混合，或者采用聚合物电解质与硫化物电解质粉体混合。在得到的复合电解质中，由于氧化物或硫化物粉体呈现离散态分布于聚合物中，使高离子电导率的氧化物电解质和硫化物电解质无法有效形成锂离子导电通路，因此得到的复合电解质离子电导率提升有限。此外，离散分布的氧化物或硫化物粉体对复合电解质的机械强度提升也非常有限。

发明内容

本发明提供一种固态电解质，通过对固态电解质的组成进行调整，使固态电解质的离子电导率和机械强度得到显著的提升。

本发明还提供一种固态电解质的制备方法，该方法简单易实施，能够获得离子电导率和机械强度得到显著的提升的固态电解质。

本发明还提供一种锂电池，该锂电池包括上述固态电解质，因此具有良好的倍率性能以及循环寿命。

本发明提供一种固态电解质，按照质量百分含量包括0.1-80％无机电解质管体，余量为聚合物电解质。

如上所述固态电解质，其中，所述无机电解质管体的长度为0.1-1000μm；和/或，

所述无机电解质管体的管壁厚度为15～2000nm；和/或，

所述无机电解质管体的内径为10～2000nm；和/或，

所述无机电解质管体的外径为50～4000nm。

如上所述固态电解质，其中，所述无机电解质管体的材料选自硅酸锂、磷酸锂、硫酸锂、硼酸锂、硫化物电解质、钙钛矿型电解质、石榴石型电解质、钠离子固态电解质、锂离子固态电解质、玻璃态电解质中的至少一种。

如上所述固态电解质，其中，所述聚合物电解质选自聚氧化乙烯、聚氧化乙烯基共聚物、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯中的至少一种。

如上所述固态电解质，其中，所述固态电解质还包括有机物添加剂、锂盐、离子液体中的至少一种；