[发明专利]一种氧化物基固液复合电解质及其固液复合锂电池

说明书

本发明涉及一种氧化物基固液复合电解质及其固液复合锂电池。所述氧化物基固液复合电解质包含氧化物快离子导体、有机电解液、高分子聚合物；所述氧化物快离子导体构成三维离子传输通道并起到分隔电池正负极的功能，有机电解液浸润氧化物快离子导体构筑离子快速传导界面并起到降低电解质/电极界面电阻的功能，高分子聚合物禁闭并固化有机电解液并起到限制有机电解液流动的功能；所述氧化物基固液复合电解质中氧化物快离子导体含量为40～95wt.％，有机电解液与高分子聚合物的总含量为5～60wt.％，有机电解液与高分子聚合物的质量比为9.5～1；依据本申请的氧化物基固液复合电解质制造的固液复合锂电池具有优良的循环性能、倍率性能以及安全性能。

技术领域

本发明涉及固态锂电池领域，特别涉及一种新型的氧化物基固液复合电解质以及采用该种电解质制备的固液复合锂电池。

背景技术

可充电锂电池在便携式电子产品、电动汽车以及大型能量存储系统中是重要的能量存储装置，随着经济社会的快速发展，高能量密度、高安全性以及低成本成为下一代锂离子电池发展的追求目标。目前应用的锂离子电池使用的是有机液态电解质，虽然具有宽电化学稳定窗口以及较高的能量密度和功率密度，但是有机液态电解质容易与金属锂发生反应，导致金属锂的不稳定沉积以及锂枝晶的生长，最终刺破隔膜使电池短路，出现热失控现象。且液态电解质在运输以及实用的过程中容易泄露、易燃。与液态电解质相比，固态电解质不易燃、无腐蚀、不挥发，拥有良好的绝缘性，在高温下不发生副反应，因此安全性有了质的提高。再者，由于固态电解质强度较高，在一定程度上可以抑制锂枝晶的生长，从而大幅度提升电池的循环次数。因此，固态电解质的成功开发为高安全性、高能量密度、低成本的可充电电池的应用提供了可能。

固态电解质主要分为固态聚合物电解质、无机硫化物和无机氧化物电解质，其中，石榴石结构电解质、钠快离子导体结构电解质、钙钛矿结构电解质、锂快离子导体结构电解质等无机氧化物固态电解质具有成本低、对金属锂稳定、力学性能优良、对空气稳定、化学/电化学稳定性高等一系列特点，是一类非常具有商业应用前景的锂离子固态电解质材料。然而，氧化物固态电解质面临离子电导率低、脆性较大、与电极材料的界面电阻大、制备过程复杂的问题。

采用氧化物固态电解质制造锂电池，通常是先制备烧结致密的氧化物固态电解质陶瓷片，将陶瓷片研磨抛光，将镍钴锰、磷酸铁锂、钴酸锂等正极活性材料与氧化物固态电解质粉末按照一定比例(例如50:50质量比)球磨混合均匀后，涂覆在抛光的氧化物固态电解质陶瓷片表面上，再经过高温共烧结(通常500℃以上)实现正极活性材料与氧化物固态电解质的结合，然后再将金属锂负极等熔融或者冷压在氧化物固态电解质陶瓷片另一面上。采用这种方法制备的锂电池，面临电极/电解质界面电阻高、电极/电解质界面副反应严重、电极活性材料载量低、电荷传输困难、电解质微裂纹等诸多难题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种新型的氧化物基固液复合电解质，该氧化物基固液复合电解质不仅具有成本低、对金属锂稳定、化学/电化学稳定性高等一系列特点，而且具有离子电导率高、界面特性优良、制备过程简单等诸多优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：