一种固态电解质及固态锂离子电池制造技术

为克服现有固态电解质存在锂枝晶的问题，本发明专利技术提供了一种固态电解质，其特征在于，包括聚合物和添加剂，所述添加剂包括以下结构式1所示的化合物：其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自氢、氟或含1-5个碳原子基团。同时，本发明专利技术还公开了包括上述固态电解质的固态锂离子电池。本发明专利技术提供的固态电解质能够在充放电的过程中抑制锂枝晶的生长，提升循环性能。提升循环性能。提升循环性能。

Solid state electrolyte and solid state lithium ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种固态电解质及固态锂离子电池


[0001]本专利技术属于二次电池
，具体涉及一种固态电解质及固态锂离子电池。

技术介绍

[0002]相比于铅酸、镍铬电池等传统电化学能源器件，锂离子电池因具有能量密度高、工作电压高、无记忆效应、循环寿命长和环境友好等优点，已是运用最广泛的商业储能体系。虽然传统的液态锂离子电池具备良好的离子导电率和浸润性，但同时也存在着热稳定性差、易燃、易漏液等安全问题。当前石墨为负极的锂离子电池体系经过多年量产优化，能量密度已经很难超过300Wh/kg，难以满足市场对高续航里程的要求。因此高理论能量密度的锂金属负极电池，如Li-S及Li-O2体系等，高镍、高电压三元正极材料配备硅、硅碳负极锂离子电池进入视线。然而，一方面传统的有机系液态电解液容易在锂金属表面的分解，导致电池寿命的缩短；同时液态电解液无法有效抑制锂枝晶的生长，进而带来电池的短路，热失控甚至引起火灾及爆炸的问题，另一方面电极材料在使用中的体积膨胀等问题都对电池的设计提出了挑战。
[0003]具有更高的能量密度和优异的安全性能的固态电解质成为代替液态电解质解决上述解决问题的潜在最佳方法。聚合物固态电池与电极材料界面接触良好，同时兼容现有的锂离子电池生产设备，是最有可能实现规模化应用的固态电池体系。但聚合物电解质使用相对柔性的有机物，锂电池中电极与电解质的界面接触相对较好，但存在离子电导率低，不能抑制锂枝晶的问题。当制备过程金属锂负极存在缺陷或不均匀或界面接触不好时，均会引起锂枝晶的产生，造成电池循环性能衰减及失效，同时良品率下降。
[0004]因此，亟需开发一种能够耐受金属锂的缺陷，提升电池良品率和寿命的聚合物固态电解质。

技术实现思路

[0005]针对现有固态电解质存在锂枝晶生长导致电池循环性能衰减及失效的问题，本专利技术提供了一种固态电解质及固态锂离子电池。
[0006]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
[0007]一方面，本专利技术提供了一种固态电解质，包括聚合物和添加剂，所述添加剂包括以下结构式1所示的化合物：
[0008][0009]其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自氢、氟或含1-5个碳原子基团。
[0010]可选的，所述添加剂分散于固态电解质的表面和内部。
[0011]可选的，所述含1-5个碳原子的基团选自烃基、氟代烃基、含氧烃基、含硅烃基或含氰基取代的烃基。
[0012]可选的，R1、R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自氢、氟、甲基、乙基、三甲基硅氧基、氰基或三氟甲基。
[0013]可选的，所述结构式1所示的化合物选自于如下所示化合物中的一种或多种：
[0014][0015][0016]可选的，以所述固态电解质的总质量为100％计，所述结构式1所示的化合物的质量百分含量为0.01～20％。
[0017]可选的，以所述固态电解质的总质量为100％计，所述结构式1所示的化合物的质量百分含量为0.01～10％。
[0018]可选的，所述聚合物为极性聚合物，所述聚合物包括环氧烷烃类单体、硅氧烷类单体、烯烃类单体、丙烯酸酯类单体、羧酸酯类单体、碳酸酯类单体、酰胺类单体、腈类单体中的至少一种聚合得到的聚合物及其卤代物；
[0019]以所述固态电解质的总质量为100％计，所述聚合物的质量百分含量为10-90％。
[0020]可选的，所述固态电解质还包括有锂盐，所述锂盐包括LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiSCN、LiB
10
Cl
10
、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiBF2C2O4、LiB(C2O4)2、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2F)2、LiN(SO2F)(SO2CF3)、LiC(SO2CF3)3、LiPF2(C2O4)中的一种或多种；
[0021]以所述固态电解质的总质量为100％计，所述锂盐的质量百分含量为10-80％。
[0022]可选的，所述固态电解质还包括有无机填料，所述无机填料包括LiF、LiCl、Li2CO3、SiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、MgO、Li7La3Zr2O
12
、Li
x
La3Zr
y
A
2-y
O
12
、硫化物、Li
1.3
Al
0.3
Ti
1.7
(PO4)3、Li
1.5
Al
0.5
Ge
1.5
(PO4)3、Li
2.88
PO
3.73
N
0.14
、蒙脱土、高岭土和硅藻土中的一种或多种，其中，A为Ta，Al，Nb中一种，6≤x≤7，0.5≤y≤2；
[0023]以所述固态电解质的总质量为100％计，所述无机填料的质量百分含量为0～40％。
[0024]可选的，所述固态电解质还包括有溶剂，所述溶剂包括碳酸酯、羧酸酯、氟代溶剂中的一种或多种；
[0025]以所述固态电解质的总质量为100％计，所述溶剂的质量百分含量为0～10％。
[0026]另一方面，本专利技术提供了一种固态锂离子电池，包括正极、负极和如上所述的固态电解质，所述固态电解质位于所述正极和所述负极之间。
[0027]可选的，所述负极包括负极活性材料，所述负极活性材料包括钛酸锂、碳材料、Li
X
Fe2O3、Li
y
WO2、锂金属、锂合金、硅系合金、锡系合金、金属氧化物、导电聚合物、Li-Co-Ni基材料中的一种或多种，其中，0≤x≤1，0≤y≤1。
[0028]可选的，所述负极活性材料为锂金属。
[0029]根据本专利技术提供的固态电解质，在聚合物中加入有结构式1所示的化合物，化合物能够均匀分散并复合固定于所述聚合物中，与传统液态电解质不同，电池化成时仅有位于固态电解质界面的结构式1所示的化合物能够与负极发生反应，从而在负极表面形成均匀的界面层，该界面层具有传导锂离子的特性，使得锂离子在界面处迁移速率趋向于均一化，降低了迁移速率梯度，有利于锂的均匀嵌入/沉积，而固态电解质内部的结构式1所示的化合物处于未反应状态。同时结构式1所示的化合物与负极反应生成的界面层具有一定的机械强度，能够对锂枝晶的生成起到抑制作用。另一方面，固态电解质内部的结构式1所示的化合物，在电池充放电的过程中，若生成锂枝晶，锂枝晶在进入固态电解质内部时，会与固态电解质内部的结构式1所示的化合物反应进一步生成机械强度高的钝化膜，对锂枝晶位点施加阻力，从而进一步抑制锂枝晶的生长，提升固态锂离子电池的循环性能。
具体实施方式
[0030]为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态电解质，其特征在于，包括聚合物和添加剂，所述添加剂包括以下结构式1所示的化合物：其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自氢、氟或含1-5个碳原子基团。2.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述添加剂分散于固态电解质的表面和内部。3.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述含1-5个碳原子的基团选自烃基、氟代烃基、含氧烃基、含硅烃基或含氰基取代的烃基。4.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，R1、R2、R3、R4、R5、R6各自独立地选自氢、氟、甲基、乙基、三甲基硅氧基、氰基或三氟甲基。5.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述结构式1所示的化合物选自于如下所示化合物中的一种或多种：
6.根据权利要求1-5任一项所述的固态电解质，其特征在于，以所述固态电解质的总质量为100％计，所述结构式1所示的化合物的质量百分含量为0.01～20％。7.根据权利要求6所述的固态电解质，其特征在于，所述聚合物为极性聚合物，所述聚合物包括环氧烷烃类单体、硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓永红，钱韫娴，刘中波，褚艳丽，敖小虎，
申请(专利权)人：深圳新宙邦科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：