[发明专利]一种复合结构固态电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及固态电解质技术领域，公开了一种复合结构固态电解质及其制备方法和应用。该方法包括：(1)将氧化物电解质压制成型，得到固态电解质片；(2)将所述固态电解质片进行第一煅烧处理，得到第一固体物料；(3)在保护气氛存在下，将所述第一固体物料与碳源前驱体进行第二煅烧处理，以使得所述碳源前驱体沉积于所述第一固体物料表面。采用本发明提供的方法能够形成致密度高的固态电解质片，从而实现提升固态电解质的对锂稳定性，利用该固态电解质形成的固态电池具有较好的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及固态电解质技术领域，具体涉及一种复合结构固态电解质及其制备方法和应用。

背景技术

传统的锂离子电池采用有机液态电解液，含有大量有机溶剂，其在较高温度下易挥发、热稳定性差，易发生燃烧起火，是锂离子电池存在安全隐患的重要因素。固态电池采用固态电解质，具有高安全性、高能量密度、高温性能优异等优势，被认为是最有希望的技术解决方案。

固态电解质是固态电池的核心，直接决定着电池的各项性能。目前的固态电解质主要分为三类，聚合物电解质、硫化物电解质和氧化物电解质。

其中，聚合物电解质具有良好的加工性能，但本身离子电导率低，强度低不能抑制锂枝晶，且运行温度高，化学窗口较窄；硫化物电解质具有最高的离子电导率，但其空气稳定性差，易与水反应产生H₂S，对生产环境要求苛刻；氧化物电解质离子电导率较高，化学稳定性高，综合性能优异，受到广泛的关注。

然而，由于固态电解质与电极之间的接触方式为固-固接触，界面润湿性差，界面阻抗高，从而导致电池极化大、倍率性能差，也是急需攻克的技术难点。

CN111403806A公开了一种碳包覆固态电解质材料及其制备方法和用途，通过固相法或气相法在固态电解质颗粒表面包覆超薄碳层，从而提高了材料的电化学性能，对固态电解质的锂离子电导率和电子电导率的性能有很好的改善作用，也可以避免与锂的直接接触。

CN113488693A公开了一种复合石墨烯包覆固态电解质复合材料及其制备方法，通过化学气相原位生长，得到复合石墨烯包覆固态电解质复合材料，具备高离子迁移速率，低界面接触电阻，同时该复合材料可直接免除锂枝晶的生长，提升循环性能与倍率性能。

然而，前述两种方法均通过在材料颗粒表面包覆碳层来达到提升对锂稳定性及浸润性的目的，这两种方法在固态电解质颗粒上包覆碳层后很难形成高致密度的固态电解质片，从而导致出现固态电解质对锂稳定性仍不足，且界面阻抗高的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中固态电解质存在对锂稳定性不足且界面阻抗较高而导致的循环性能不佳的缺陷。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种制备复合结构固态电解质的方法，该方法包括：

(1)将氧化物电解质压制成型，得到固态电解质片；所述氧化物电解质为平均粒径为0.1-20μm的粉末，所述固态电解质片的厚度为0.5-5mm；

(2)将所述固态电解质片进行第一煅烧处理，得到第一固体物料；

(3)在保护气氛存在下，将所述第一固体物料与碳源前驱体进行第二煅烧处理，以使得在所述第一固体物料的表面沉积的碳层厚度为0.1-10μm；所述第二煅烧处理的条件至少包括：温度为500-1200℃，时间为0.1-10h；

其中，所述氧化物电解质选自NASICON结构氧化物电解质、LISICON结构氧化物电解质、钙钛矿型结构氧化物电解质、石榴石型结构氧化物电解质中的至少一种；

所述碳源前驱体为液态前驱体和/或气态前驱体；

在所述碳源前驱体中，所述液态前驱体选自苯、甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯中的至少一种；所述气态前驱体选自乙烷、丙烷、正丁烷中的至少一种。