[发明专利]一种复合固态电解质及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种复合固态电解质及其制备方法与应用，所述复合固态电解质包括依次层叠设置的电解质层、Lisubgt;3/subgt;POsubgt;4/subgt;层和导电聚合物层；所述复合固态电解质表面具备Lisubgt;3/subgt;POsubgt;4/subgt;层和导电聚合物层组成的修饰层，使得锂离子能够均匀沉积，减缓锂枝晶生长，减少锂粉的分散从而降低锂金属电池爆炸概率，同时能够减少界面副反应，增加电池循环寿命，减小界面空隙进而减小界面阻抗，提升离子传输能力。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种复合固态电解质及其制备方法与应用。

背景技术

随着电动汽车的逐渐普及，动力电池的能量密度越来越受到重视，全固态电池是锂离子电池的最终目标，而固态电解质的研发是达成这一目标的关键。与固态电解质搭配的锂金属负极具有超高的理论容量3480mAh/g，然而，固态电解质与锂金属负极在锂离子电池中的应用十分困难，主要原因包括：其一，由于锂金属负极与固态电解质的高界面反应性，使得两者不断被消耗；其二，氧化物、硫化物和卤化物固态电解质由于较高的机械应力使得与锂金属负极间产生空隙，界面阻抗变大；其三，固态电解质并不能阻止界面锂枝晶的生长和蔓延，仍会刺穿锂枝晶。因此，固态电解质的应用还面临诸多问题。

现有技术为解决锂金属负极与电解质不断发生的副反应，通常在锂金属负极表面原位生成一层SEI层或者人工建立一层保护层，阻止锂金属直接与电解质接触，减少副反应的产生。如CN 111063931A公开了一种固态聚合物电解质及其应用，该固态聚合物电解质的制备包括：将单体1、单体2、单体3、交联剂和锂盐分散在溶剂中，得到混合液：将混合液经热引发聚合得到，即通过不同单体、交联剂在无引发剂的情况下进行热引发聚合，在锂电池充放电的过程中能够在电极表面发生反应，生成SEI膜。然而，目前研究的界面保护相在循环过程中会不断老化、坍塌，最后导致电池体系容量减少和失效；另一方面，人工建立的保护层厚度无法得到稳定控制，导致固态电解质界面阻抗过高，容量难以正常发挥；最后，锂金属负极在较高的充电电流下容易产生枝晶刺穿保护层导致保护层失效，与固态电解质层反应甚至在固态电解质层中继续生长。

基于以上研究，需要提供一种复合固态电解质，所述复合固态电解质能有效改良负极侧锂离子沉积不均匀现象，使锂离子均匀沉积，避免枝晶的生长，还能使得界面副反应减少，增加电池循环寿命，减少与界面空隙，提升离子传输能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合固态电解质及其制备方法与应用，所述复合固态电解质表面具备修饰层，使得锂离子均匀沉积，减缓锂枝晶生长，减少锂粉的分散从而降低锂金属电池爆炸概率，同时能够减少界面副反应，增加电池循环寿命，减少界面空隙进而减小界面阻抗，提升离子传输能力。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种复合固态电解质，所述复合固态电解质包括依次层叠设置的电解质层、Li₃PO₄层和导电聚合物层。

本发明在电解质层的表面设置修饰层，修饰层包括层叠设置的Li₃PO₄层和导电聚合物层，修饰层的设置一方面，极大的减少了固态电解质层与负极之间的副反应，同时增加了锂离子传输通量，有效改善了负极侧锂离子沉积不均匀的现象，改善了锂枝晶的生长，且较高的机械应力使得锂枝晶不易穿透；另一方面，修饰层具备较高的弹性模量，能够有效减少固态电解质层与负极之间的空隙，能够在较低压力下即可使得固态电解质与负极充分接触，增加接触面积减少界面空隙，从而减小阻抗，提升离子传输能力。

优选地，所述电解质层和Li₃PO₄层之间还设置有锂金属层。