复合固态电解质、电芯及其制备方法与固态电池

本申请涉及固态电池，尤其涉及一种复合固态电解质、电芯及其制备方法与固态电池。

背景技术：

1、随着社会发展，锂离子电池应用领域不断扩大，从初始的消费类电池延伸到储能以及电动汽车领域。近年来，对储能以及电动汽车的需求不断增长推动了电池市场的需求持续增长，而储能设备以及电动汽车的不断增长也逐渐对电池的能量密度以及安全性提出了更高的要求。目前的商业化锂离子电池技术，已经接近理论能量密度限制。因此，迫切需要开发具有高能量密度的实用锂离子电池。而随着电池能量密度的提高，锂离子电池自燃起火爆炸事故频发使大家对高能量密度锂离子电池望而却步，设计得到高安全性，高稳定性的电池体系对于储能安全同样具有重要意义。

2、固态电池使不易燃、耐高压以及具有良好力学性能的固态电解质代替传统商业化液态锂离子电池中的隔膜和电解液，具有更好的安全性，并且固态电解质可匹配高压正极以及高比容量低电势的锂金属电池，可进一步提高固态电池的能量密度。众多固态电解质中，聚合物固态电解质由于具有易加工，良好的柔性以及和正负极的界面接触，被认为是一种具备商业化前景的固态电解质。而聚合物固态电解质室温离子电导率和锂离子迁移数较低且循环过程中随着正负极的体积变化聚合物固态电解质与正负极界面接触较差。

3、因此，现有技术还有待改进。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种复合固态电解质、电芯及其制备方法和固态电池，旨在解决聚合物固态电解质电导率低、锂离子迁移数低的问题。

2、本申请的技术方案如下：

3、本申请的第一方面，提供一种复合固态电解质，包括：基底膜，所述基底膜的表面和内部分布有若干孔隙；位于所述孔隙中的聚合物和锂盐。

4、本申请的第二方面，提供一种本申请提供的复合固态电解质的制备方法，包括步骤：

5、提供基底膜，所述基底膜的表面和内部分布有若干孔隙；提供聚合物前驱体溶液，所述聚合物前驱体溶液包括聚合物单体、锂盐和引发剂；将所述聚合物前驱体溶液与所述基底膜混合并加热，得到所述复合固态电解质。

6、可选地，所述基底膜的制备方法包括步骤：提供固态电解质和造孔剂；将所述固态电解质和造孔剂进行球磨混合，得到混合物；向所述混合物中加入粘结剂，进行球磨混合，得到球磨后的混合物；将所述球磨后的混合物辊压成膜，加热处理，得到所述基底膜。

7、可选地，所述固态电解质和所述造孔剂的质量比为1:0.1～10。所述固态电解质包括卤化物电解质、硫化物电解质中的至少一种；

8、所述造孔剂包括硫单质、氟化铵、硫化硒、碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、萘、淀粉、及聚乙烯醇、尿素、甲基丙烯酸甲脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯、樟脑中的至少一种。

9、可选地，所述聚合物前驱体溶液的制备方法包括步骤：

10、提供聚合物单体、锂盐和引发剂；将所述聚合物单体和所述锂盐混合，将所述引发剂加入到所述聚合物单体和所述锂盐的混合物中，得到所述聚合物前驱体溶液。

11、可选地，所述引发剂和所述聚合物单体的质量比为1:0.01～1％；所述锂盐在所述聚合物单体和所述锂盐的混合物中的浓度为0.1～20m。

12、所述聚合物单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、丙烯腈、碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、环氧乙烷、1,3-二氧环戊烷中的至少一种；所述锂盐包括高氯酸锂、硝酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双二氟磺酰亚胺锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂中的至少一种；

13、所述引发剂包括偶氮二异丁腈、六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂中的至少一种。

14、可选地，所述将所述聚合物前驱体溶液与所述基底膜混合的步骤为：将所述聚合物前驱体溶液滴加到所述基底膜上，所述聚合物前驱体溶液和所述基底膜的体积比为1:0.1～20。

15、本申请的第三方面，提供一种电芯，所述电芯包括正极、负极和本申请提供的复合固态电解质。

16、本申请的第四方面，提供一种上述电芯的制备方法，包括步骤：

17、提供正极、负极、基底膜和聚合物前驱体溶液，所述基底膜的表面和内部分布有若干孔隙，所述聚合物前驱体溶液包括聚合物单体、锂盐和引发剂；将所述正极、所述基底膜和所述负极依次排列放置，使用所述聚合物前驱体溶液对所述正极、所述基底膜和所述负极进行浸润，经过加热处理，得到所述电芯。

18、本申请的第五方面，提供一种固态电池，所述固态电池包括封装层和上述电芯，所述封装层部分包覆于所述电芯表面。

19、与现有技术相比，本申请具有如下优势：

20、本申请提供的复合固态电解质中，基底膜与聚合物以及锂盐形成结构有序的三维结构，在室温下离子电导率优异，锂离子迁移数高。当复合固态电解质用于固态电池中时，聚合物阻隔了硫化物电解质或卤化物电解质与正负极的直接接触，从根本上隔绝了硫化物电解质或卤化物电解质与正负极的副反应，有效保证正负极与电解质之间的界面稳定，提高固态电池的能量密度。

技术特征：

1.一种复合固态电解质，其特征在于，包括：

2.一种权利要求1所述的复合固态电解质的制备方法，其特征在于，包括步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述基底膜的制备方法包括步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述固态电解质和所述造孔剂的体积比为1:0.1～10；

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物前驱体溶液的制备方法包括步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂和所述聚合物单体的质量比为1:0.01～1％；

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述将所述聚合物前驱体溶液与所述基底膜混合的步骤为：将所述聚合物前驱体溶液滴加到所述基底膜上；

8.一种电芯，其特征在于，所述电芯包括正极、负极和权利要求1所述的复合固态电解质。

9.一种权利要求8所述的电芯的制备方法，其特征在于，包括步骤：

10.一种固态电池，其特征在于，包括封装层和权利要求9所述的电芯，所述封装层部分包覆于所述电芯表面。

技术总结
本申请涉及固态电池技术领域，公开一种复合固态电解质、电芯及其制备方法与固态电池，其中复合固态电解质包括：基底膜，所述基底膜的表面和内部分布有若干孔隙；位于所述孔隙中的聚合物和锂盐。本申请中的复合固态电解质在室温下电导率优异，锂离子迁移数高。将本申请提供的复合固态电解质用于固态电池中，聚合物隔绝了硫化物或者卤化物电解质与正负极的副反应，有效保证了正负极与电解质之间的界面稳定，提高固态电池的能量密度。

技术研发人员：慈立杰,程俊,曾振,周旋,李德平
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（深圳）（哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院）
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29