[发明专利]复合固态电解质膜及其制备方法和固态电池

说明书

本发明公开了一种复合固态电解质膜及其制备方法和固态电池。所述复合固态电解质膜包括氧化物固态电解质膜本体，在所述氧化物固态电解质膜本体的表面结合有用于隔绝水汽和/或空气的无机物阻挡层。所述固态电池含有本发明合固态电解质膜。本发明复合固态电解质膜在氧化物固态电解质膜本体表面形成相对致密的包覆膜层，起到隔绝水汽、空气等作用，有效提高氧化物固态电解质膜本体的稳定性，并降低界面的阻抗。

技术领域

本发明属于电解质技术领域，具体涉及一种复合固态电解质膜及其制备方法和固态电池。

背景技术

采用传统液态锂电池的电动汽车在续航里程、安全性能上的问题一直无法完全解决，从而导致电动汽车安全事故频出。长续航里程、高安全性能的动力电池成为了目前动力电池市场主流需求。固态电池由于其超高的安全性能以及高能量密度使其成为下一代电池研究的主流方向。

固态电解质为固态电池的核心。传统的固态电解质主要分为氧化物，聚合物，硫化物等。其中，氧化物固态电解质由于具有良好的化学，电化学稳定性成为研究热点。

但是在实际生产和应用中发现，目前的氧化物固态电解质也存在一些不足，主要体现在目前的氧化物固态电解质在空气中或水汽环境中稳定性不足。以LLZO(Li₇La₃Zr₂O₁₂)型氧化物固态电解质为例，一方面LLZO型固态电解质由于在高温烧结过程中的锂挥发等问题，使其制备过程中锂源添加过量，过量的锂源在后续的应用过程中将会与空气中的氧气、水等反应生成离子导电和电子导电差的碳酸锂；另一方面LLZO型电解质在长期接触水汽、二氧化碳后也将导致生成离子导电和电子导电差的碳酸锂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种复合固态电解质膜及其制备方法，以解决现有氧化物固态电解质膜在空气中或水汽环境中稳定性不足的技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种固态电池，以解决现有固态电池由于所含固态电解质膜在空气中或水汽环境中稳定性不足而导致固态电池的电化学性能不理想的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种复合固态电解质膜。所述复合固态电解质膜包括氧化物固态电解质膜本体，在所述氧化物固态电解质膜本体的表面结合有用于隔绝水汽和/或空气的无机物阻挡层。这样，本发明复合固态电解质膜通过在氧化物固态电解质膜本体表面包覆无机物阻挡层，使得所述无机物阻挡层形成相对致密的膜层，起到隔绝水汽、空气等作用，避免被包覆的所述氧化物固态电解质膜本体直接与水汽、空气等接触，从而有效提高氧化物固态电解质膜本体的稳定性，并降低界面的阻抗。另外，所述无机物阻挡层能够与所述氧化物固态电解质膜本体牢固结合。因此，所述复合固态电解质膜电化学性能稳定，界面阻抗低，结构牢固。

优选地，所述无机物阻挡层的无机物材料包括金属氧化物、二氧化硅、金属卤化物中的至少一种。

具体地，所述金属氧化物包括氧化铝、二氧化钛、二氧化锆、氧化镁、钛酸钡、氧化钽、氧化钇、五氧化二铌、氧化锌中的至少一种；所述金属卤化物包括氟化钙。

该优选的无机物阻挡层材料形成的无机物阻挡层致密，在能够与所述氧化物固态电解质膜本体牢固结合的同时，提高隔绝水汽、空气等作用，从而有效提高所述氧化物固态电解质膜本体的稳定性，并降低界面的阻抗。

优选地，所述无机物阻挡层的厚度为2-100nm。通过优化所述无机物阻挡层的厚度，从而提高无机物阻挡层对隔绝水汽、空气等作用以提高氧化物固态电解质膜本体的保护作用，从而提高氧化物固态电解质膜本体的稳定性和降低界面的阻抗。同时保证所述氧化物固态电解质膜本体对离子良好的导通作用。