[发明专利]固态电解质表面盐包聚合物界面保护层及其制备方法

说明书

本发明公开了固态电解质表面盐包聚合物界面保护层及其制备方法，属于固态电解质技术领域，通过引入高含量锂盐(50％)制备具有高离子电导率的聚合物界面改性层，将聚合物界面改性层构筑在氧化物固态电解质表面可以避免锂金属和氧化物固态电解质的界面反应。具有柔性的界面改性层可以解决锂金属和氧化物固态电解质的固固接触问题，同时界面处高离子电导率的保护层也有利于锂离子的传输从而引导锂金属的均匀沉积。可降低固态电池阻抗，提高固态电池循环性能和倍率性能。

技术领域

本发明属于固态电解质技术领域，具体涉及固态电解质表面盐包聚合物界面保护层及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、功率密度高、循环寿命长、无记忆效应等众多优点，在消费电子、电动工具、新能源汽车等领域获得了广泛应用。然而，目前的锂离子电池存在明显的安全问题，因此传统锂电池无法使用高能量密度的金属锂作为负极材料。在电池循环过程中，电解液和电极材料会发生副反应，导致电池容量出现不可逆衰减。而金属锂负极会产生枝晶刺穿隔膜，造成电池短路、热失控、着火爆炸等一系列安全隐患。因此需要开发高安全性的电解质如固体电解质材料以替换有机液态电解质从而改善电池的安全性。固态电池有望解决液态电池的热失控问题，使金属锂的使用不再受到限制。

固态电解质是固态锂电池的核心组件，具有高锂离子电导率、高锂离子迁移数、优良电化学及热稳定性、良好机械性能与电极具有良好兼容性的固态电解质是发展全固态锂电池的必要条件。固态电解质种类繁多，主要包括聚合物、聚合物/无机物复合固态电解质、硫化物和氧化物等。其中氧化物类固态电解质室温离子电导率(10^-6-10^-3S/cm)较高，且热稳定性和电化学稳定性较好。是一种极有潜力的固态电解质材料。但氧化物类固态电解质与金属锂负极匹配时存在一些界面问题。首先是由于氧化物固体表面不够平整与金属锂间的固固接触带来较大的界面阻抗，导致固态电池倍率性能较差。此外以反钙钛矿型(LLTO)和NASICON型(LATP)为代表的氧化物固态电解质中的Ti⁴⁺会与锂金属发生反应被还原成Ti³⁺，导致界面阻抗的增大以及结构的坍塌。因此需要对此类氧化物固态电解质进行界面改性以降低界面阻抗同时避免界面反应的发生。

CN110034275A公布一种改性固态电解质及其制备方法和应用，通过在电极表面原位生成聚合物缓冲层改善电极/电解质间较差的物理接触，降低固固界面阻抗。同时保护层对锂离子有较好的导通作用同时对电子绝缘，因此该界面保护层可引导锂金属均匀沉积。

CN112635859A公开了一种固态电池用界面改性层的制备方法，采用环糊精、环糊精衍生物、纤维素等粘结剂中的一种与锂盐复合。将该粘结剂涂于正负极片和固态电解质的接触面后进行烘烤和平压。以提高正负极和固态电解质之间的锂离子电导率和离子穿梭速率，提高固态电池的循环性能和倍率性能。

上述方法可部分解决界面固固接触和界面反应的问题。但改性后性能仍较差，主要由于聚合物界面保护层室温下较低离子电导率。因此急需开发一种高离子电导率的界面保护层以提高固态电池循环倍率性能。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提出固态电解质表面盐包聚合物界面保护层，使固态电池具有更好的倍率性能和循环稳定性；本发明的另一目的是提供其应用。

技术方案：本发明采用如下技术方案：固态电解质表面盐包聚合物界面保护层，该界面保护层中包括锂盐和聚合物，其中锂盐含量超过聚合物含量。所述的锂盐含量大于50％。

进一步地，所述的聚合物选自聚六氟丙烯-二氟乙烯(PVDF-HFP)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚氧化乙烯(PEO)中的一种。

进一步地，所述的聚合物为聚六氟丙烯-二氟乙烯(PVDF-HFP)。