一种抑制锂枝晶生长的固态电解质模组及制备方法和应用技术

本发明专利技术属于固态电池技术领域，具体涉及一种抑制锂枝晶生长的固态电解质模组及制备方法和应用

【技术实现步骤摘要】
一种抑制锂枝晶生长的固态电解质模组及制备方法和应用


：
[0001]本专利技术属于固态电池
，具体涉及一种抑制锂枝晶生长的固态电解质模组及制备方法和应用
。

技术介绍
:
[0002]近年来，随着锂电池在日常生活中的广泛应用，锂电池的安全问题受到了更多的关注
。
固态电解质具有不易挥发
、
无漏液风险和不易燃等优点，基于固态电解质的固态锂电池被认为具有更高的安全性
。
然而，在发生短路故障时，高能量密度的固态锂电池存在严重的热失控现象，从而带来安全风险
。
因此，为实现更安全的固态锂电池，需要进一步解决固态电解质中锂枝晶生长导致的固态锂电池内部短路问题
。

技术实现思路

：
[0003]为了解决现有技术中存在的上述不足之处，本专利技术的目的在于提供一种抑制锂枝晶生长的固态电解质模组及制备方法和应用，通过构筑由两个富锂层和一个贫锂中间层组成的固态电解质模组，提出基于低锂离子浓度中间层的固态电解质模组策略，以减少锂枝晶在贫锂中间层中持续生长所需的锂源，抑制锂枝晶在固态电解质模组中的渗透式生长，从而更好的防止电池短路，提升固态电池的循环稳定性和安全性
。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0005]一种抑制锂枝晶生长的固态电解质模组，该固态电解质模组是将三层固态离子导体叠加获得，包括两个富锂聚合物层作为上下层和一个贫锂聚合物层作为中间层
。/>[0006]所述的抑制锂枝晶生长的固态电解质模组的制备方法，包括如下步骤：
(a)
将具有离子传导功能的聚合物和锂盐按比例溶解于溶剂中，搅拌均匀后获得混合溶液；
(b)
将步骤
(a)
所得混合溶液转移至基片上，经真空干燥后去除溶剂，即获得固态离子导体
。
[0007]所述的抑制锂枝晶生长的固态电解质模组的制备方法，具有离子传导功能的聚合物包括以下至少一种：聚醚类的聚环氧乙烷
、
聚环氧丙烷及其衍生物；聚酯类的聚碳酸乙烯酯
、
聚碳酸丙烯酯及其衍生物；聚醇类的聚乙烯醇
、
聚乙二醇及其衍生物；聚偏氟乙烯
、
偏二氟乙烯
‑
六氟丙烯及其共聚物和衍生物；脂族二腈化合物
。
[0008]所述的抑制锂枝晶生长的固态电解质模组的制备方法，锂盐为六氟磷酸锂
、
二草酸硼酸锂
、
六氟砷酸锂
、
四氟硼酸锂
、
高氯酸锂
、
三氟甲基磺酸锂
、
双氟磺酰亚胺锂和双三氟甲基磺酰亚胺锂中的至少一种
。
[0009]所述的抑制锂枝晶生长的固态电解质模组的制备方法，溶剂为乙腈
、
三氯甲烷
、
丙酮
、
二甲基亚砜
、N
‑
甲基吡咯烷酮和二甲基甲酰胺中的至少一种
。
[0010]所述的抑制锂枝晶生长的固态电解质模组的制备方法，上下两层富锂的固态离子导体中，锂盐的质量含量为聚合物与锂盐总质量的
5wt
％～
40wt
％，而中间层贫锂的固态离子导体在制备过程中不加入任何锂盐
。
[0011]所述的抑制锂枝晶生长的固态电解质模组的制备方法，上下两层富锂的固态离子
导体厚度为
100
微米，中间层贫锂的固态离子导体厚度为
100
微米
。
[0012]所述的抑制锂枝晶生长的固态电解质模组的应用，该固态电解质模组用于制备固态锂电池
。
[0013]本专利技术的设计原理如下：
[0014]固态电解质中，锂枝晶渗透式生长的三个要素分别为：锂离子
、
电子和孔洞
。
在锂枝晶渗透式生长的过程中，孔洞为锂枝晶的生长提供了形核位点，而固态电解质体相中丰富的锂离子为锂枝晶的持续生长提供了充足的锂源
。
电子的来源主要分为两个方面：一是从负极侧生长的锂枝晶提供了源源不断的电子，二是固态电解质的局部高电子电导提供了充分的电子传输途径
。
因此，在固态电解质的孔洞中，锂离子得电子被还原成锂金属
。
在锂沉积
‑
电解过程中，锂枝晶沿着固态电解质中的孔洞持续生长，从而在固态电解质体相中形成了锂枝晶的连通网络，导致固态锂电池短路
。
[0015]当前，为了抑制固态电解质中锂枝晶的渗透式生长，主要从降低固态电解质的电子电导和减少固态电解质的孔洞这两个方面开展工作
。
考虑固态电解质中，锂枝晶渗透式生长的三个要素分别为锂离子
、
电子和孔洞，不同于已报道的降低电子电导和减少孔洞等策略，本专利技术从锂离子浓度这一锂枝晶渗透式生长的要素出发，通过构筑由两个富锂层和一个贫锂中间层组成的固态电解质模组，以减少锂枝晶在贫锂中间层中持续生长所需的锂源，从而抑制锂枝晶在固态电解质模组中的渗透式生长
。
[0016]本专利技术的优点及有益效果如下：
[0017]本专利技术与现有技术相比，提供了一种简易的基于多层组合电解质的固态锂金属电池的制备方法，通过简单地叠加得到固态电解质模组，该固态电解质模组由两个富锂层和一个贫锂中间层组成，可以通过减少锂枝晶在贫锂中间层中持续生长所需的锂源，抑制锂枝晶在固态电解质模组中的渗透式生长，进而构筑高安全性和长循环稳定的固态锂电池
。
从而，能够更好的防止电池短路，提升固态电池的循环稳定性和安全性
。
附图说明
：
[0018]图1为根据对比例1制备的常规固态电解质的锂对称电池充放电曲线
。
图中，横坐标
Time
代表时间
(h)
，纵坐标
Voltage
代表电压
(V)。
[0019]图2为根据实施例1制备的固态电解质模组的锂对称电池充放电曲线
。
图中，横坐标
Time
代表时间
(h)
，纵坐标
Voltage
代表电压
(V)。
[0020]图3为根据对比例2制备的常规固态电解质的固态锂电池充放电曲线
。
图中，横坐标
Specific capacity
代表比容量
(mAh g
‑1)
，纵坐标
Voltage
代表电压
(V)。
[0021]图4为根据实施例2制备的固态电解质模组的固态锂电池充放电曲线
。
图中，横坐标
Specific capacity
代表比容量
(mAh g
‑1)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种抑制锂枝晶生长的固态电解质模组，其特征在于，该固态电解质模组是将三层固态离子导体叠加获得，包括两个富锂聚合物层作为上下层和一个贫锂聚合物层作为中间层
。2.
一种权利要求1所述的抑制锂枝晶生长的固态电解质模组的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)
将具有离子传导功能的聚合物和锂盐按比例溶解于溶剂中，搅拌均匀后获得混合溶液；
(b)
将步骤
(a)
所得混合溶液转移至基片上，经真空干燥后去除溶剂，即获得固态离子导体
。3.
根据权利要求2所述的抑制锂枝晶生长的固态电解质模组的制备方法，其特征在于，具有离子传导功能的聚合物包括以下至少一种：聚醚类的聚环氧乙烷
、
聚环氧丙烷及其衍生物；聚酯类的聚碳酸乙烯酯
、
聚碳酸丙烯酯及其衍生物；聚醇类的聚乙烯醇
、
聚乙二醇及其衍生物；聚偏氟乙烯
、
偏二氟乙烯
‑
六氟丙烯及其共聚物和衍生物；脂族二腈化合物
。4.
根据权利要求2所述的抑制锂枝晶生长的固态电解质模组的制备方法，其特征在于，锂盐为六氟磷酸锂
、
二草酸硼酸锂
、
六氟砷酸锂

【专利技术属性】
技术研发人员：孙振华，徐胜军，李峰，张柯欣，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：