一种固态电池的电解质层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及电池技术领域，具体涉及一种固态电池的电解质层及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的固态电池的电解质层，所述电解质层由固态电解质颗粒以及连接于至少部分固态电解质颗粒之间的可纤维化聚合物形成。本发明专利技术提供的固态电池的电解质层，能够有效降低固态电解质颗粒之间的离子传输阻抗，提高电解质层的离子电导率，通过其制备得到的固体电池具有优异的倍率性能，同时大幅降低了粘结剂用量。同时大幅降低了粘结剂用量。同时大幅降低了粘结剂用量。

【技术实现步骤摘要】
一种固态电池的电解质层及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及一种固态电池的电解质层及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]固态电池是一种电池科技，其采用不可燃的固态电池电解质替换了可燃性的有机液态电解质，大幅提升了电池系统的安全性，同时能够更好地适配高能量正负极并减轻系统重量，实现能量密度同步提升。在各类新型电池体系中，固态电池是距离产业化最近的下一代技术，这已成为产业与科学界的共识。
[0003]目前固态电池中的固态电解质层通常采用匀浆、涂布的工艺制作而成，为了保证电解质膜能够连续，在匀浆步骤中需要将粘结剂、溶剂与固态电解质颗粒进行混合。然而一方面，粘结剂一般不具有离子导电性，且当粘结剂溶解于溶剂中再干燥之后，粘结剂会包覆于固态电解质的颗粒表面，导致离子在颗粒之间传输不顺畅，从而使得固体电解质层的离子电导率显著下降，最终造成电池的倍率性能与容量发挥的严重损失。且由于粘结剂会包覆于固态电解质的颗粒表面，从而加大了粘结剂的使用量；另一方面，由于固态电解质与大部分溶剂不稳定，即使稳定的溶剂，在球磨过程中也会有所反应，使得固态电解质的离子电导率有所下降，从而增加极片以及电池的阻抗，使得电池倍率性能下降。此外，溶剂的添加增加了烘干、溶剂回收处理等工序，增加了成本且可能造成环境污染。
[0004]现有技术公开了一种制备无溶剂的固态电解质层的方法，其将固态电解质粉末均匀地铺散在预制模具套筒中，通过外加压力挤压成型。该方法所制备的电解质层完全由外加压力压制而成，无法将厚度减薄，通常厚度在0.5mm～1.5mm之间，这使得电池的能量密度极低，实用性大大降低；此外该工艺需要将固态电解质粉末均匀地平铺在模具之中，这就使得电解质层的尺寸严重依赖于模具的尺寸，且由于平铺粉末均匀性的问题，该方法压制成的电解质层尺寸较小，通常在0.5cm2‑
1cm2之间，大大限制了大规模工业化应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，进而提供一种固态电池的电解质层及其制备方法和应用。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种固态电池的电解质层，所述电解质层由固态电解质颗粒以及连接于至少部分固态电解质颗粒之间的可纤维化聚合物形成。可以理解的是，可纤维化聚合物可连接于部分固态电解质颗粒之间，也可以连接于全部固态电解质颗粒之间。
[0008]在一个具体实施方式中，所述电解质层由固态电解质颗粒以及连接于固态电解质颗粒之间的可纤维化聚合物形成。
[0009]优选的，所述可纤维化聚合物呈细丝状，其与固态电解质颗粒之间为点对点接触。
[0010]优选的，所述电解质层的厚度为20um
‑
100um。可选的，所述电解质层的厚度为
20um、30um、40um、50um、70um、90um、100um。
[0011]优选的，所述可纤维化聚合物质量占电解质层总质量的0.1％
‑
5％；可选的，所述可纤维化聚合物质量占电解质层总质量的0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％。
[0012]本专利技术不对固态电解质颗粒的种类做具体限定，优选的，固态电解质颗粒选自硫化物固态电解质颗粒、卤素固态电解质颗粒、氧化物固态电解质颗粒中的一种或几种；
[0013]所述硫化物固态电解质颗粒成分包括但不限于Li
10
GeP2S
12
、Li
10
SiP2S
12
、Li7P3S
11
、Li3PS4、Li
10
SnP2S
12
、Li6PS5Cl；所述卤素固态电解质颗粒成分包括但不限于Li
3 Sc Br6,Li
3 Sc Cl6、Li3LuCl6,Li3YbCl6、Li
3 In Br6,Li
3 In Cl6、Li2ZrCl6、Li3YCl6；所述氧化物固态电解质颗粒成分包括但不限于Li7La3Zr2O
12
、Li
6.4
La3Zr
1.4
Ta
0.6
O
12
、Li
1+x
Al
x
Ti2‑
x
(PO4)3。
[0014]本专利技术不对可纤维化聚合物的种类做具体限定，只要能够在剪切力的作用下能够丝状化即可。优选的，所述可纤维化聚合物选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯中的一种或多种。进一步优选的，所述可纤维化聚合物为聚四氟乙烯。
[0015]优选的，所述固态电池为全固态电池。
[0016]本专利技术还提供一种上述所述的固态电池电解质层的制备方法，包括如下步骤：
[0017]1)将固态电解质颗粒和可纤维化聚合物搅拌混合，得到混合料；
[0018]2)将混合料进行剪切混合，得到剪切混合料；
[0019]3)将剪切混合料进行热压处理，得到所述固态电池电解质层。
[0020]本专利技术中步骤1)通过机械搅拌作用可将固态电解质颗粒分散，使之混合均匀。
[0021]本专利技术所述的固态电池电解质层的制备方法中不添加溶剂。
[0022]优选的，所述固态电解质颗粒的粒径为0.3
‑
10μm，可纤维化聚合物的粒径为100
‑
500μm。
[0023]优选的，步骤2)中所述剪切混合是通过高速搅拌、螺杆挤出中的至少一种方式实现的；优选的，所述剪切混合是通过高速搅拌方式实现的，优选的，所述高速搅拌的转速为500
‑
3000rpm，搅拌时间为10
‑
60min。
[0024]优选的，步骤1)中所述搅拌转速为200
‑
500rpm，搅拌时间为10
‑
30min，所述混合料中可纤维化聚合物的质量占比为0.1％
‑
5％；
[0025]步骤2)中所述高速搅拌是在带桨叶的高速混合机中进行的；本专利技术使用带桨叶的高速混合机混合，使用桨叶的机械力将聚合物丝状化从而起到具有粘结性的效果。
[0026]步骤3)中所述热压处理为热辊压处理，热压温度为30
‑
200℃，热辊压速度为20cm/min
‑
500cm/min。可选的，所述热辊压通过辊压机进行。
[0027]本专利技术还提供一种全固态电池，所述全固态电池具有上述所述的电解质层或上述所述制备方法制备得到的电解质层。
[0028]可选的，所述全固态电池还具有正极极片和负极极片，所述电解质层、正极极片和负极极片通过热压复合，得到所述全固态电池。优选的，所述热压复合为热辊压复合。
[0029]本专利技术的有益效果：
[0030]1、本专利技术提供的固态电池的电解质层，所述电解质层由固态电解质颗粒以及连接于至少部分固态电解质颗粒之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态电池的电解质层，其特征在于，所述电解质层由固态电解质颗粒以及连接于至少部分固态电解质颗粒之间的可纤维化聚合物形成。2.根据权利要求1所述的固态电池的电解质层，其特征在于，所述可纤维化聚合物呈细丝状，其与固态电解质颗粒之间为点对点接触。3.根据权利要求1或2所述的固态电池的电解质层，其特征在于，所述电解质层的厚度为20um
‑
100um。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的固态电池的电解质层，其特征在于，所述可纤维化聚合物质量占电解质层总质量的0.1％
‑
5％；固态电解质颗粒选自硫化物固态电解质颗粒、卤素固态电解质颗粒、氧化物固态电解质颗粒中的一种或几种；所述可纤维化聚合物选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯中的一种或多种。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的固态电池的电解质层，其特征在于，所述固态电池为全固态电池。6.权利要求1
‑
5任一项所述的固态电池电解质层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将固态电解质颗粒和可纤维化聚合物搅拌混合，得到混合料；2)将混合料进行剪切混合，得到剪切混合料；3)将剪切混合料进行热压处理，得到所述固态电池电解质层。7.根据权利要求6所述的固态电池电解质层的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李瑞杰，王志文，陈少杰，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：