[发明专利]一种基于原位热聚合方法制备的复合固态电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种复合固态电解质及其原位制备方法和在固态锂离子电池中的应用。该复合电解质由无机固态电解质、聚碳酸亚乙烯酯、锂盐、小分子有机溶剂和引发剂组成。通过温度调节，使碳酸亚乙烯发生原位聚合，电解质与正负极材料充分浸润，改善了电解质与电极的界面相容性，降低界面阻抗；无机固态电解质和小分子有机溶剂作为增塑剂加入，既能提升电解质的离子电导率，又提供了额外的导锂通道，提高固态锂离子电池的性能。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，涉及一种锂离子电导率高、与电极界面接触良好、工艺简单的基于原位热聚合方法制备的复合固态电解质及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池凭借其能量密度高、循环性能好、绿色环保等优势，已广泛应用于储能、动力和3C消费类领域。锂离子电池普遍采用有机电解液，在过充、短路、撞击等情况下容易发生电解液的泄露、燃烧和爆炸。固态锂离子电池采用固态电解质代替有机电解液，不含易燃、易挥发组分，电化学稳定窗口宽，与金属锂和高电压正极的兼容性好，能量密度提升空间大，能够兼顾“高能量密度”和“高安全”，已逐渐成为新型化学电源领域的研究热点。

固态锂离子电池的发展关键在于固态电解质。

固态电解质目前常见的有聚合物固态电解质、无机固态电解质、复合物固态电解质。聚合物固态电解质是由聚合物基体(如聚酯、聚酶和聚胺等)和锂盐(如LiClO₄、LiPF₆、LiBF₄等)构成。常见的有聚氧化乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯等。聚合物电解质具有质量较轻，黏弹性好，机械性能好等特点，但是在室温下的离子电导率较低，影响了其实际应用。

无机固态电解质主要有氧化物固态电解质和硫化物固态电解质。氧化物固态电解质分为晶态和玻璃态(非晶态)两类，其中晶态电解质包括钙钛矿型、NASICON型以及石榴石型等，玻璃态氧化物电解质如LiPON型电解质。氧化物固态电解质的化学性质较稳定，且在室温下离子电导率可以达到10^-4-10^-3S·cm^-1，电化学窗口宽、热稳定性好。但是电解质片加工难度高，致密度难以达到要求，力学性能差，无机固态电解质与电极的接触较差，界面阻抗较大，材料硬且脆，施加外力容易断裂，容易在充放电过程中发生开裂，不利于电池大批量组装和电池性能的提高。硫化物固态电解质常见的有锂硒磷硫，锂锗磷硫等。硫化物的离子电导率很高，可以达到10^-3-10^-2S·cm^-1，但是化学性质不稳定，容易和负极材料之间发生副反应。

无机/聚合物复合固态电解质兼顾了两者的优势，具有离子电导率较高、电化学窗口较宽、加工性能好、与正负极界面粘结紧密等优点，但复合固态电解质膜只与电极表面接触，在正负极内部仍然缺少导锂通道。在制备工艺上，复合固态电解质膜需要经历流延、烘干、贴膜收卷和去膜等工序，对操作环境和设备都有较高要求，增大了锂离子电池的制作成本。

发明内容

本发明的目的是为了针对现有技术的上述缺陷和锂电池对固态电解质的需求，提供了一种基于原位热聚合方法制备的复合固态电解质及其制备方法和应用，目的在于开发一种锂离子电导率高、与电极界面接触良好、工艺简单的复合固态电解质及相应固态锂电池技术。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于原位热聚合方法制备的复合固态电解质，所述复合固态电解质包括无机固态电解质、聚碳酸亚乙烯酯、锂盐、引发剂与小分子有机溶剂，通过原位热聚合方法制得。

作为优选，按质量百分比计，所述无机固态电解质占10％～50％，所述聚碳酸亚乙烯酯占30％～80％，所述锂盐占1％～30％，所述引发剂占0.05％～1％，所述小分子有机溶剂占1％～30％。

作为优选，无机固态电解质颗粒尺寸为200nm～2mm。