[发明专利]一种固态电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明属于全固态锂电池技术领域，尤其涉及一种固态电解质及其制备方法和应用。本发明提供的固态电解质，包括无机固态电解质和设置于所述无机固态电解质表面的活泼金属‑MXene修饰层，所述活泼金属‑MXene修饰层包括活泼金属和与所述活泼金属化学结合的MXene；所述活泼金属为能够与MXene表面的含氧官能团发生氧化还原反应的金属。本发明提供的固态电解质在无机固态电解质表面设置活泼金属‑MXene修饰层，通过活泼金属使无机固态电解质与MXene材料紧密接触，提升全固态电池的电化学性能。

技术领域

本发明属于全固态锂电池技术领域，尤其涉及一种固态电解质及其制备方法和应用。

背景技术

目前商业化锂离子电池采用的是酯类等有机系电解液，在发生碰撞或短路的情况下，电池温度升高，有机电解液发生分解或泄露，遇到氧气容易着火甚至发生爆炸，存在着严重的安全隐患。并且，在低温下，液态电解液粘度增大，离子迁移速率明显下降，导致电池内阻增大，严重影响电池整体的寿命、能量和功率特性。

因此，采用不可燃的固态电解质替换传统的液体电解液，能够从根本上解决电池的安全问题，并且能够大幅提高体系的能量密度。原因为：(1) 全固态锂电池没有电解液泄露的问题，显著提高电池的安全性；(2)固态电解质具有比较宽的电化学窗口，为高电压正极材料的使用提供了条件，能够提高整体的体积能量密度；(3)固态电解质对锂金属稳定性高，机械强度高，能够缓解锂枝晶的刺穿。

然而，由于全固态锂电池中的固体电解质取代了液态电解液，导致金属锂与电解质之间的接触界面变成了固体与固体接触界面。失去了液体电解液良好的润湿性，固固界面会形成更高的界面电阻。同时，金属锂与固体电解质的不均匀接触会使得局部电流不均匀，锂金属不均匀沉积，促进锂枝晶的生成，最终刺穿电解质，导致电池失效。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种固态电解质及其制备方法和应用，本发明提供的固态电解质能够与锂金属负极有效接触，降低界面电阻，抑制锂枝晶产生，使固态锂电池获得优异的电化学性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种固态电解质，包括无机固态电解质和设置于所述无机固态电解质表面的活泼金属-MXene修饰层，所述活泼金属-MXene修饰层包括活泼金属和与所述活泼金属化学结合的MXene；

所述活泼金属为能够与MXene表面的含氧官能团发生氧化还原反应的金属。

优选的，所述活泼金属-MXene修饰层的厚度为100～500nm。

优选的，所述活泼金属-MXene修饰层中的MXene的化学式为M_n+1X_nT_y，所述M为过渡金属元素，所述X为C元素或N元素，所述T为F和OH；

所述n为1、2或3，所述0≤y2。

优选的，所述M为Ti元素、Nb元素、V元素或Mo元素。

优选的，所述活泼金属为Mg、Al、Ti、Mn或Zn。

优选的，所述无机固态电解质为氧化物型固态电解质、硫化物型固态电解质、钙钛矿型固态电解质和NASICON型固态电解质中的一种或多种。

本发明提供了上述技术方案所述固态电解质的制备方法，包括以下步骤：

(1)真空环境中，在无机固态电解质表面蒸镀活泼金属，在所述无机固体电解质表面形成活泼金属层，所述活泼金属为能够与MXene表面的含氧官能团发生氧化还原反应的金属；

(2)将单层MXene水分散液滴加至所述活泼金属层表面，发生氧化还原反应，在所述无机固体电解质表面形成初始活泼金属-MXene修饰层；