[发明专利]一种固态电解质及其制备方法和应用、锂离子电池

说明书

本发明公开了一种固态电解质及其制备方法和应用、锂离子电池。该固态电解质，其包括电解质基体、含锂的阴极材料、无机纳米颗粒；无机纳米颗粒为铝基硅酸盐、镁基硅酸盐、高岭土、蒙脱石和亚氯酸盐中的一种或多种。该固态电解质离子电导率高、结晶度低、安全性高、应用前景广阔。将该固态电解质用于锂离子电池，可以优化固态电解质与电池阴阳极之间的界面副反应，在不损失能量密度的基础上可以大大改善锂离子电池的安全性。

技术领域

本发明具体涉及一种固态电解质及其制备方法和应用、锂离子电池。

背景技术

锂离子电池技术已应用于便携式电子设备多年。近年来，锂离子电池已用于混合动力和电动汽车等运输系统。这些市场在电池单元设计中存在不同的挑战，前者需要通常更高的功率密度，而后者需要更高的能量密度以适应车辆行驶需要更高程度的续航里程。基于此，对于这两个市场来说，对电池的倍率性能以及电池内部的导电性和扩散性的需求是显而易见的。

一直以来，液体电解液由于具有流动性，因此其与正负极材料之间的接触性是非常理想的，常规液体电解质可以提供令人满意的性能。但随着锂电池技术的不断成熟，锂离子电池的正负极界面性能不断改善，使得锂电池的应用繁荣发展，尤其是近年来，随着人们对安全性和里程焦虑的关注，新型锂电池受到了广泛的关注，其中比较受关注的是凝胶电解质，因为凝胶电解质具有一定的流动性而为新型电池的发展提供了可能。在电池组装过程中去掉了隔离正负极的隔膜，因此正负极材料直接接触凝胶电解质，然而，由于凝胶电解质流动性较差，会产生较大的界面阻抗，且充放电过程中正负极体积变化也会进一步引起电极-电解质界面副反应问题。这就需要凝胶电解质与正负极之间产生良好的界面反应，并对电池充电和放电期间可以容纳电极的体积变化提出了更高要求。

通常情况下，锂离子电池在正常的使用中不会出现问题，但锂电池毕竟是带有能量的单体，且能量密度也非常高，其内部的化学反应是时时刻刻都在进行的。当其受到形变或者不规范的电化学操作时，锂电池的弊端会被放大。一方面，锂电池中的电解液属于易燃型物质，其参加化学反应不仅会释放有害气体，而且由于其闪点不高，在温度不断上升的过程中电解液容易起火燃烧，对锂电池来说，燃烧过程是非常迅速的，且在此期间锂电池会不断释放氧气和能量，加剧这个反应过程。因此，传统的带电解液的液态电池其实是非常危险的。

此外，传统锂电池中传导锂离子的介质是有机电解液，然而有机电解液存在最大的问题就是容易释放有机气体，还会在达到闪点温度就开始燃烧，这也是锂电池发生燃烧爆炸最大的瓶颈问题之一，随着对这个问题不断深入的研究。锂电池产业的上下游开始将注意力集中在固态电池上，固态电池由于其电解质是固态的，其不仅在高温下不会释放有机气体，其在高温下也不会出现燃烧的情况，基于此，开发高安全性的固态电解质就成了下一代锂电池发展的必经之路。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的液态电解质容易释放有机气体、易燃，从而导致电池容易发生燃烧爆炸的问题，以及凝胶电解质界面阻抗较大，且充放电过程中电极-电解质存在界面副反应问题，而提供一种固态电解质及其制备方法和应用、锂离子电池。该固态电解质离子电导率高、结晶度低、安全性高、应用前景广阔。将该固态电解质用于锂离子电池，可以优化固态电解质与电池阴阳极之间的界面副反应，在不损失能量密度的基础上可以大大改善锂离子电池的安全性。

本发明提供以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种固态电解质，其包括电解质基体、含锂的阴极材料和无机纳米颗粒；

其中，所述无机纳米颗粒为铝基硅酸盐、镁基硅酸盐、高岭土、蒙脱石和亚氯酸盐中的一种或多种。

本发明中，所述无机纳米颗粒较佳地为高岭土(Al₂O₃·2SiO₂)。

本发明中，所述无机纳米颗粒较佳地为纳米硅酸盐颗粒的化合物和/或混合物。