[发明专利]一种改善复合电解质中超离子导体与聚合物界面的方法

说明书

一种改善复合电解质中超离子导体与聚合物界面的方法，属于锂电池固态电解质领域。制备步骤如下：首先将含锡化合物和锂超离子导体酒精溶液混合搅拌和干燥，将干燥好的混合物与锂盐1一起研磨后置于坩埚中煅烧得到改性后的超离子导体。其次将聚合物、改性后的超离子导体和锂盐2置于容器中，以N‑甲基吡咯烷酮作为溶剂搅拌均匀，将混合均匀的浆料滴涂到模具中并进行干燥制得复合电解质膜。最后组装成固态扣式电池，改性后的复合电解质膜为隔膜。该方法在超离子导体表面原位合成陶瓷包覆层，有效改善复合电解质中超离子导体与聚合物之间的界面，增加了锂离子浓度，提高了复合电解质和固态电池的电化学性能，为复合固态电解质的研究提供了一种新的思路。

技术领域

本发明属于锂电池固态电解质领域，涉及一种改善复合电解质中超离子导体与聚合物界面的方法。

背景技术

人类文明的进化史总是在能源革新的推动下缓缓前行。以化石燃料为基础的现代文明的飞速发展伴随着能源的逐渐消耗和环境的日渐恶化。随着大气污染、水污染、垃圾处理等各种环境问题的出现和石油价格的高涨，人们意识到了保护环境的重要性和能源危机的严重性。无污染、高性能、高功率密度的锂离子电池得到了广泛的应用。即使是日趋完善的锂离子电池在一些新兴的领域也越来越难满足要求，人们急需能量密度更高、安全性能更好、制造成本更低的新一代电池，现有的电池体系很难开发出更高的能量密度，因此，只能通过寻找新的电池体系来实现。市场中应用的锂离子电池电芯能量密度最高达到260Wh·kg^-1左右，正在开发的锂离子电池能量密度可达到300-320Wh·kg^-1。在各种可作为负极的金属材料中，金属锂因具有极其高的理论比容量(3860mAh·g^-1)、最低的电极电势(V vs.标准氢电极)以及低密度(0.534g·cm^-3)等优点，成为了下一代高比能二次锂电池负极材料的最佳选择。但是在人们积极发展锂离子电池的同时，工作状态下的锂电池安全性问题显得越来越重要。

锂金属的不稳定性增大了金属锂表面SEI破裂的概率，给二次锂金属电池的安全稳定运行带来了极大的挑战。因此，在持续改善电解液与多孔隔膜这种组合性能的同时，人们也在积极地研发新的电解质隔层材料，尝试通过各种各样的隔层方法，来避开或者是减少有机电解液与金属锂的副反应以及有机电解液易起火燃烧带来的安全问题。近年来，固态电解质作为锂金属电池新的电解质隔层材料，引起了极大的关注，成为了锂电池领域的研究热点。利用固态电解质代替液态电解质是获得高能量密度、高安全性和优异循环寿命的全固态锂离子电池的根本途径。然而，就目前存在的固态电解质而言，还没有任何单独的一种固态电解质可以满足固态电池的所有要求，例如，无机陶瓷电解质具有较高的离子电导率和热稳定性，但是其机械性能和成膜性差，在装配电池时易发生断裂；聚合物电解质具有良好的机械性能和成膜性，但是其离子电导率低，热稳定性差。因此，有机-无机复合电解质是实现固态电池最有潜力的候选材料。

在复合电解质中界面对离子的传输十分重要，对超离子导体表面进行改性可以显著的降低阳离子从超离子导体迁移到聚合物再到超离子导体的能垒，从而提高复合电解质电导率和离子迁移数，相应的固态电池的电化学性能也得到了大幅地提升。本发明在超离子导体表面原位合成烧绿石结构的陶瓷层，有效改善了超离子导体与聚合物的界面，提高了锂离子浓度，提高了复合固态电解质的离子电导率和离子迁移数，相应的固态电池的性能得到大幅度的提升。

发明内容

本发明的目的是为了改善复合固态电解质中超离子导体与聚合物之间的界面，提出了一种通过超离子导体表面改性有效降低复合固态电解质中超离子导体与聚合物界面的能垒。本发明通过在超离子导体表面原位合成烧绿石结构的锡酸镧，有效改善了超离子导体与聚合物之间的界面，降低了阳离子从超离子道理到聚合物再到超离子导体的能垒，提高了复合固态电解质的离子电导率和离子迁移数，固态电池的电化学性能也得到了明显的提升。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种改善复合电解质中聚合物与超离子导体界面的方法，其特征在于，包括以下步骤：