[发明专利]一种固态电解质复合层及锂离子电池

说明书

本发明提供一种固态电解质复合层及锂离子电池。该固态电解质复合层包括依次层叠设置的近正极侧固态电解质层、中间固态电解质层、近负极侧固态电解质层，通过使中间固态电解质层包括无机陶瓷电解质、近正极侧固态电解质层包括抗氧化性较强的近正极侧聚合物、近负极侧固态电解质层包括与金属锂稳定的近负极侧化合物，能使固态电解质复合层机械强度高，避免锂枝晶刺穿电解质，且满足正极侧耐高压和负极侧与金属锂稳定的需求，同时固态电解质复合层的界面润湿性良好。该锂离子电池包括上述固态电解质复合层，由于固态电解质复合层的机械强度高、润湿性能优异、与正负极界面稳定性好，因此该锂离子电池具有电池内阻小、循环性能好、安全性高的优点。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种固态电解质复合层及锂离子电池。

背景技术

近年来，在各种商业化可充放电化学储能装置中，锂离子电池具有能量密度高、使用寿命长等特点，在手机、笔记本电脑、电动汽车等领域得到广泛应用。目前锂离子电池所使用的电解液大多都是液态有机电解液，液态有机电解液易挥发易燃易爆的特性严重影响了锂离子电池使用过程中的安全性。

固态电解质具有较高的机械强度、优异的致密度和一定抵制锂枝晶生长的能力，且无液态有机电解液易挥发易燃易爆的特性，因此若是固态电解质代替液态有机电解液发展全固态锂离子电池则能大幅度提升锂离子电池使用过程的安全性。

固态电解质材料主要包括无机陶瓷固态电解质、有机聚合物固态电解质和无机陶瓷/聚合物复合固态电解质三大类。其中，无机陶瓷固态电解质具有良好的离子电导率、可忽略的电子电导、较宽的电化学窗口等优点，但其自身的晶界电阻较大，且与正负极之间的物理接触较差；有机聚合物固态电解质具有良好的柔性和加工性能，但室温离子电导率太低，且锂枝晶容易刺穿电解质导致电池短路；无机陶瓷/聚合物复合固态电解质是结合无机陶瓷固态电解质和聚合物固态电解质的优势，既保持了较强的锂离子传输能力，也避免了锂枝晶刺穿电解质带来的短路隐患，但目前常用的复合方法是将无机陶瓷粉末和聚合物基质均匀混合，这种复合方法不容易精确地根据正极侧需要耐高压、负极侧需要与金属锂稳定兼容的需求来进行调整。

鉴于此，本领域亟待开发一种既能够同时满足正极侧耐高电压与负极侧与金属锂稳定的高性能固态电解质。

发明内容

本发明提供一种固态电解质复合层，该固态电解质复合层包括依次层叠设置的近正极侧固态电解质层、中间固态电解质层以及近负极侧固态电解质层，通过使中间固态电解质层包括无机陶瓷电解质、近正极侧固态电解质层包括抗氧化性较强的近正极侧聚合物、近负极侧固态电解质层包括与金属锂稳定的近负极侧化合物，能使固态电解质复合层具有高的机械强度，避免锂枝晶刺穿电解质造成电池短路，且满足正极侧耐高压和负极侧与金属锂稳定的需求，与正负极界面有良好的稳定性，同时近正极与近负极侧固态电解质层还具有较好的柔性和界面润湿性，能减小固态电解质复合层的晶界电阻。

本发明还提供一种锂离子电池，该锂离子电池包括上述固态电解质复合层，由于固态电解质复合层的机械强度高、润湿性能优异、与正负极界面的稳定性良好，因此该锂离子电池具有电池内阻小、循环性能好、安全性能高的优点。

本发明一方面提供一种固态电解质复合层，图1为本发明固态电解质复合层的结构示意图，如图1所示，该固态电解质复合层1包括：依次层叠设置的近正极侧固态电解质层1a、中间固态电解质层1b以及近负极侧固态电解质层1c；

如上所述的中间固态电解质层1b包括无机陶瓷电解质；

如上所述的近正极侧固态电解质层1a包括近正极侧聚合物和锂盐；

如上所述的近负极侧固态电解质层1c包括近负极侧化合物和锂盐；

如上所述的近正极侧聚合物选自聚碳酸亚乙烯酯、聚氰基丙烯酸酯、聚己内酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇缩丁醛酯、聚丁二酸丁二醇酯，聚丙烯腈，聚马来酸酐、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯及衍生物中的至少一种；