一种多层固体电解质膜及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种多层固体电解质膜及其应用，所述多层固体电解质膜包括第一固体电解质膜、第二固体电解质膜和第三固体电解质膜，其中第一固体电解质膜包括第一非晶硫化物固体电解质，第二固体电解质膜包括晶态硫化物固体电解质，第三固体电解质膜包括第二非晶硫化物固体电解质，所述第二固体电解质膜位于所述第一固体电解质膜和所述第三固体电解质膜之间，本发明专利技术所述三层电解质膜防止单层电解质因电极表面不平整引发的短路，可采用电极支撑的形式成膜，无需增加工序，与相同厚度的单层电解质膜相比，三层电解质膜抗短路能力明显提升，可降低电解质膜整体。可降低电解质膜整体。可降低电解质膜整体。

【技术实现步骤摘要】
一种多层固体电解质膜及其应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，涉及一种多层固体电解质膜及其应用。

技术介绍

[0002]目前商用的锂离子电池因采用易燃易爆的有机电解液无法满足人们对于电池的安全性需求，且能量密度已达到极限。而通过固体电解质取代有机电解液的全固态电池有望成为目前市场上锂离子电池最安全的替代品。
[0003]根据固体电解质的种类不同全固态电池目前主要有3条技术路线：聚合物全固态电池、氧化物全固态电池、硫化物全固态电池。聚合物电解质具有良好的成膜性和柔韧性，加工工艺成熟，然而较低的离子电导率、有限的电化学窗口以及差的热稳定性限制了其应用；氧化物电解质的离子电导率高于聚合物而且具有良好的稳定性，但是其界面接触差、合成温度高、加工难度大，难以量产；硫化物电解质具有最高的离子电导率，部分已超过电解液的水平，而且其合成温度低，机械延展性好，目前最有希望商业化。硫化物固体电解质膜的厚度影响全固态锂电池(ASSLB)的内阻和能量密度，但膜的减薄不可避免地会降低其机械强度，并增加薄膜破裂及Li枝晶渗透的风险；同时，固体电解质膜与正负极之间界面问题(化学不稳定、机械不稳定)也影响全固态电池的循环。
[0004]CN111933999A公开了一种固态电池、电池模组、电池包及其相关的装置，在硫化物电解质层和设置于所述硫化物电解质层表面的至少一个聚合物电解质层，且固态电解质满足以下条件：硫化物电解质层的厚度大于等于单侧聚合物电解质层的厚度大于等于84.2
‑
80.2
×
>w(w为所述硫化物电解质层的致密度)，其所述固态电池使用硫化物电介质层和聚合物电解质层匹配，导致离子电导率较低。
[0005]CN112018458A公开了一种硫化物
‑
聚合物复合固态电解质及其制备方法和应用，其采用遇水稳定的硫化物固态电解质材料和水溶性的聚合物基体复合，制备绿色无污染的水系复合硫化物固态电解质
‑
聚合物浆料，进一步制备成复合固态电解质膜，能够充分结合硫化物固态电解质的高离子电导率和聚合物固态电解质柔韧性好的优点，但是其制备的固态电解质膜与电机接触的界面不稳定，影响制得全固态电池的循环稳定性。
[0006]上述方案存在有离子电导率低或循环稳定性差的问题，因此，开发一种离子电导率高且循环稳定性好的固体电解质膜是十分必要的。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种多层固体电解质膜及其应用，多层电解质膜可以防止单层电解质因电极表面不平整引发的短路，可采用电极支撑的形式成膜，无需增加工序，与相同厚度的单层电解质膜相比，多层电解质膜抗短路能力明显提升。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种多层固体电解质膜，所述多层固体电解质膜包括第一固体电解质膜、第二固体电解质膜和第三固体电解质膜，其中第一固体电解质膜包括第
一非晶硫化物固体电解质，第二固体电解质膜包括晶态硫化物固体电解质，第三固体电解质膜包括第二非晶硫化物固体电解质，所述第二固体电解质膜位于所述第一固体电解质膜和所述第三固体电解质膜之间。
[0010]本专利技术所述三层电解质膜防止单层电解质因电极表面不平整引发的短路，可采用电极支撑的形式成膜，无需增加工序，与相同厚度的单层电解质膜相比，三层电解质膜抗短路能力明显提升，可降低电解质膜整体。
[0011]本专利技术在与电极接触的电解质膜中，采用非晶硫化物固体电解质，可以提高电极与电解质膜之间的物理匹配性，避免膨胀机械应力导致的薄膜破碎，且易压实，无反弹；采用晶态硫化物固体电解质，可以提高电解质层整体强度和离子电导率。
[0012]优选地，所述第一非晶硫化物固体电解质包括玻璃相硫化物固体电解质和/或玻璃陶瓷相硫化物固体电解质。
[0013]优选地，所述第一非晶硫化物固体电解质的分子式为[(100
‑
x)Li2SxP2S5]y
M，0<x<50，0≤y≤20，M为P2S5、GeS2、SiS2、B2S3、Li4SiO4、Li3PO4、P2O5、LiI、LiCl或LiBr中的任意一种或至少两种的组合，优选为Li4SiO4、Li3PO4或P2O5中的任意一种或至少两种的组合。
[0014]优选地，第一非晶硫化物固体电解质包括70Li2S30P2S5、75Li2S25P2S5、80Li2S20P2S5、0.8Li2S
·
0.19P2S5·
0.01P2O5、0.75Li2S
·
0.24P2S5·
0.01P2O5、Li2S
·
P2S5·
LiCl、Li2S
·
P2S5·
LiBr或Li2S
·
P2S5·
LiI中的任意一种或至少两种的组合。
[0015]优选地，所述第一非晶硫化物固体电解质为0.75Li2S
·
0.24P2S5·
0.01P2O5。
[0016]本专利技术在与正极接触电解质膜(第一固体电解质膜)采用的材料耐高压，可以提高制得全固态电解质的结构稳定性，进一步提高电池的循环性能。
[0017]优选地，所述晶态硫化物固体电解质包括Thio
‑
LISICON型电解质(为Li4–
x
M1–
x
M'
x
S4(M＝Si、Ge或Zr，M'＝P、Al、Zn或Ga，0<x<1))、LGPS型电解质(Li
10
GeP2S
12
等)或硫银锗矿型电解质(Li6PS5X(X＝Cl、Br或I))，优选为硫银锗矿型电解质。
[0018]优选地，所述晶态硫化物固态电解质包括Li6PS5Cl、Li6PS5Br、Li6PS5I或Li
10
GeP2S
12
中的任意一种或至少两种的组合。
[0019]优选地，所述第二非晶硫化物固体电解质包括玻璃相硫化物固体电解质和/或玻璃陶瓷相硫化物固体电解质。
[0020]优选地，所述第二非晶硫化物固体电解质的分子式为[(100
‑
x)Li2SxP2S5]y
M，0<x<50，0≤y≤20，M为P2S5、GeS2、SiS2、B2S3、Li4SiO4、Li3PO4、P2O5、LiI、LiCl或LiBr中的任意一种或至少两种的组合，优选为LiI、LiCl或LiBr中的任意一种或至少两种的组合。
[0021]优选地，所述第二非晶硫化物固体电解质包括70Li2S30P2S5、75Li2S25P2S5、80Li2S20P2S5、0.8Li2S
·
0.19P2S5·
0.01P2O5、0.75Li2S
·
0.24P2S5·
0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层固体电解质膜，其特征在于，所述多层固体电解质膜包括第一固体电解质膜、第二固体电解质膜和第三固体电解质膜，其中第一固体电解质膜包括第一非晶硫化物固体电解质，第二固体电解质膜包括晶态硫化物固体电解质，第三固体电解质膜包括第二非晶硫化物固体电解质，所述第二固体电解质膜位于所述第一固体电解质膜和所述第三固体电解质膜之间。2.如权利要求1所述的多层固体电解质膜，其特征在于，所述第一非晶硫化物固体电解质包括玻璃相硫化物固体电解质和/或玻璃陶瓷相硫化物固体电解质；优选地，所述第一非晶硫化物固体电解质的分子式为[(100
‑
x)Li2SxP2S5]
y
M，0<x<50，0≤y≤20，M为P2S5、GeS2、SiS2、B2S3、Li4SiO4、Li3PO4、P2O5、LiI、LiCl或LiBr中的任意一种或至少两种的组合，优选为Li4SiO4、Li3PO4或P2O5中的任意一种或至少两种的组合；优选地，第一非晶硫化物固体电解质包括70Li2S30P2S5、75Li2S25P2S5、80Li2S20P2S5、0.8Li2S
·
0.19P2S5·
0.01P2O5、0.75Li2S
·
0.24P2S5·
0.01P2O5、Li2S
·
P2S5·
LiCl、Li2S
·
P2S5·
LiBr或Li2S
·
P2S5·
LiI中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述第一非晶硫化物固体电解质为0.75Li2S
·
0.24P2S5·
0.01P2O5。3.如权利要求1或2所述的多层固体电解质膜，其特征在于，所述晶态硫化物固体电解质包括Thio
‑
LISICON型电解质、LGPS型电解质或硫银锗矿型电解质，优选为硫银锗矿型电解质；优选地，所述晶态硫化物固态电解质包括Li6PS5Cl、Li6PS5Br、Li6PS5I或Li
10
GeP2S
12
中的任意一种或至少两种的组合。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的多层固体电解质膜，其特征在于，所述第二非晶硫化物固体电解质包括玻璃相硫化物固体电解质和/或玻璃陶瓷相硫化物固体电解质；优选地，所述第二非晶硫化物固体电解质的分子式为[(100
‑
x)Li2SxP2S5]
y
M，0<x<50，0≤y≤20，M为P2S5、GeS2、SiS2、B2S3、Li4SiO4、Li3PO4、P2O5、LiI、LiCl或LiBr中的任意一种或至少两种...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟喜民，姜涛，陈慧明，刘晓蕾，王丹，孙焕丽，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：