一种复合固态电解质及其制备方法和应用技术

本申请提出一种复合固态电解质及其制备方法和应用，其中复合固态电解质包括基体和聚合物电解质膜，所述基体为金属锂负极；所述聚合物电解质膜通过原位聚合的方式至少部分形成于所述基体表面，所述聚合物电解质膜的制备原料包括单体溶剂、铝盐添加剂、引发剂和锂盐，且所述单体溶剂、铝盐添加剂、引发剂和锂盐的质量比为(60

【技术实现步骤摘要】
一种复合固态电解质及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及电化学
，尤其涉及一种复合固态电解质及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]电解质是电池中的重要组成部分之一，在电池内部正、负电极之间起到建立离子导电通道，同时阻隔电子导电的物质，因此锂离子电池的电化学性能与电解质的性质密切相关。随着电动汽车和储能行业的快速发展，对以锂离子电池为代表的二次电池的能量密度、成本、循环性和安全性等提出了更高的要求。锂离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解质等部分组成；液态锂离子电池以传统的电解液为电解质，但存在着漏液、着火、爆炸等安全问题。而全固态锂电池包括固态的电解质材料，由于所采用的固态电解质不会挥发且不易燃，能够有效阻止锂金属枝晶造成的短路问题，有望从根本上解决电池的安全性问题，并同时提高电池能量密度。因此，全固态锂电池成为了目前的研究热点。
[0003]近些年来，全固态电池在固态电解质材料的研究上取得了长足的进步，其离子导电率最高已达到10
‑
2S/cm。然而，固态电解质不具有液体电解液的润湿作用，固态电池正极层、电解质层和负极层内部的固体颗粒点接触，以及颗粒间的空隙极易造成电池体系中离子传输通道的不畅，因此全固态电池内部的固
‑
固接触变成了研究的难点。
[0004]因此，如何改善全固态电池内部的固
‑
固接触，是固态电解质亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请的一个目的在于提供一种复合固态电解质，在金属锂负极表面原位聚合形成聚合物电解质膜，可代替隔膜在锂离子电池等电化学装置中的作用，防止电化学装置中正负极之间直接接触产生电子导电而在电化学装置内部形成短路，且缩短了离子在正负极之间传输距离；同时，聚合物电解质膜具有高度的离子选择性，能将可溶性多聚合化物密封在正极室，但允许锂离子的双向通过，从而有效抑制了穿梭效应，并提高了电化学装置的循环寿命及能量密度。
[0006]本申请的另一个目的在于提供一种复合固态电解质的制备方法。
[0007]本申请的又一个目的在于，提供一种电化学装置。
[0008]为达到上述目的，本申请的第一方面实施例提出了一种复合固态电解质，包括：
[0009]基体，所述基体为金属锂负极；
[0010]聚合物电解质膜，所述聚合物电解质膜通过原位聚合的方式至少部分形成于所述基体表面，所述聚合物电解质膜的制备原料包括单体溶剂、铝盐添加剂、引发剂和锂盐，且所述单体溶剂、铝盐添加剂、引发剂和锂盐的质量比为(60
‑
70)：(0.001
‑
0.05)：(0.05
‑
0.1)：(30
‑
40)。
[0011]在一些实施例中，所述引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二
甲酯、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯、过氧化甲乙酮中的至少一种。
[0012]在一些实施例中，所述铝盐添加剂包括三氟甲基磺酸铝、N
‑
亚硝基
‑
N
‑
苯基羟胺铝、D
‑
铝酸锂盐、磷酸铝中的至少一种。
[0013]在一些实施例中，所述单体溶剂包括醚类有机物。较佳的，所述单体溶剂包括1,3
‑
二氧戊环、乙二醇二甲醚、苯甲醚、甲基异丁酮中的至少一种。
[0014]在一些实施例中，所述锂盐包括六氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、三氟甲磺酸锂中的至少一种。
[0015]在一些实施例中，所述金属锂负极为锂铜复合带、锂箔、锂片、经预锂化后的负极极片中的一种。
[0016]在一些实施例中，所述金属锂负极的厚度为5
‑
20μm。
[0017]在一些实施例中，所述聚合物电解质膜的厚度为0.5
‑
5μm。
[0018]为达到上述目的，本申请的第二方面实施例提出了一种复合固态电解质的制备方法，包括：
[0019]将配方量的所述单体溶剂、所述铝盐添加剂、所述引发剂、所述锂盐混合，获得聚合物电解质浆料；
[0020]将所述聚合物电解质浆料涂敷于所述基体表面；
[0021]通过聚合反应诱导所述单体溶剂在所述基体表面进行阳离子原位聚合，得到所述复合固态电解质。
[0022]在一些实施例中，所述聚合反应为紫外聚合、热聚合、电子束聚合中的一种。
[0023]优选的，所述聚合反应为紫外聚合或热聚合，所述聚合反应的温度为60
‑
100℃，聚合反应的时间为4
‑
6h。
[0024]优选的，所述聚合反应为电子束聚合，所述聚合反应中电子束的能量为100
‑
300kV，聚合反应的时间为3
‑
6h。
[0025]为达到上述目的，本申请的第三方面实施例提出了一种电化学装置，包括本申请实施例的复合固态电解质或者本申请实施例的制备方法制备的复合固态电解质。
[0026]在一些实施例中，所述电化学装置还包括正极极片和电解液，且所述电化学装置不含隔膜。
[0027]本申请实施例的复合固态电解质，至少可以带来以下有益效果：
[0028]1、通过原位聚合的方式在金属锂负极表面形成聚合物电解质膜，该聚合物电解质膜柔性好且可自愈，同时具有高度的离子选择性，能将可溶性多聚合化物密封在正极室，但允许锂离子的双向通过，从而有效抑制了穿梭效应，并缩减了离子传输距离，提高了锂离子电池等电化学装置的能量密度。
[0029]2、在电化学测试中表现出良好的循环稳定性，减少了其与金属锂和氧化物正极的接触，提高界面相容性与界面稳定性。
[0030]3、可代替常规锂离子电池等电化学装置中隔膜的作用，使其体积能量密度/重量能量密度都有明显提升，在大电芯中更能体现出来。
[0031]4、聚合物电解质膜在金属锂负极上的生成，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；同时，可以有效增强全固态电池中固
‑
固界面的相容
性。
[0032]本申请实施例的复合固态电解质的制备方法，除了具有上述复合固态电解质的有益效果以外，至少可以带来以下有益效果：
[0033]将聚合物电解质膜浆料涂敷于金属锂负极，并在引发剂的作用下诱导单体溶剂进行阳离子原位聚合，在金属锂负极表面原位生成了柔性、可自愈、具有高度离子选择性的聚合物电解质膜，该制备方法简单、快速，可与现有锂离子电池等电化学装置的生产工艺兼容，利于大规模制备。
[0034]本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
[0035]本申请上述的和/或附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合固态电解质，其特征在于，包括：基体，所述基体为金属锂负极；聚合物电解质膜，所述聚合物电解质膜通过原位聚合的方式至少部分形成于所述基体表面，所述聚合物电解质膜的制备原料包括单体溶剂、铝盐添加剂、引发剂和锂盐，且所述单体溶剂、铝盐添加剂、引发剂和锂盐的质量比为(60
‑
70)：(0.001
‑
0.05)：(0.05
‑
0.1)：(30
‑
40)。2.根据权利要求1所述的复合固态电解质，其特征在于，所述引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酰、过氧化苯甲酰叔丁酯、过氧化甲乙酮中的至少一种。3.根据权利要求1所述的复合固态电解质，其特征在于，所述铝盐添加剂包括三氟甲基磺酸铝、N
‑
亚硝基
‑
N
‑
苯基羟胺铝、D
‑
铝酸锂盐、磷酸铝中的至少一种。4.根据权利要求1所述的复合固态电解质，其特征在于，所述单体溶剂包括醚类有机物；优选的，所述单体溶剂包括1,3
‑
二氧戊环、乙二醇二甲醚、苯甲醚、甲基异丁酮中的至少一种。5.根据权利要求1所述的复合固态电解质，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、三氟甲磺酸锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏维龙，
申请(专利权)人：楚能新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：