一种多层固态电解质及其制备方法和由其形成的锂电池与流程

文档序号:21028528发布日期:2020-06-09 20:04阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种多层固态电解质,其特征在于,包括,顺次设置的均具有1×10-6s/cm以上离子电导率的锂离子均匀沉积层、锂枝晶抑制层和支撑层。

2.根据权利要求1所述的多层固态电解质,其特征在于,所述锂枝晶抑制层具有20gpa以上的杨氏模量。

3.根据权利要求1所述的多层固态电解质,其特征在于,所述锂离子均匀沉积层为li3n和/或lif层。

4.根据权利要求1-3任一项所述的多层固态电解质,其特征在于,所述锂枝晶抑制层为llzo、llto和llzto中的一种或几种形成的无机固态电解质层。

5.根据权利要求1-4任一项所述的多层固态电解质,其特征在于,所述支撑层为聚合物电解质层,所述聚合物电解质包括聚氧化乙烯基聚合物电解质、聚丙烯腈基聚合物电解质、聚偏二氟乙烯基聚合物电解质、聚甲基丙烯酸甲酯基聚合物电解质和聚氯乙烯基聚合物电解质中的至少一种;

优选地,所述聚合物电解质为聚氧化乙烯基聚合物电解质。

6.根据权利要求1-5任一项所述的多层固态电解质,其特征在于,还包括锂离子快速通道层,其为lipon和/或lisipon层,所述锂离子快速通道层具有1×10-6s/cm以上离子电导率,厚度为5-20μm。

7.根据权利要求1-6任一项所述的多层固态电解质,其特征在于,所述锂离子均匀沉积层的厚度为20-50nm;所述锂枝晶抑制层的厚度为20-50μm;所述支撑层的厚度为50-100μm。

8.权利要求1-7任一所述的多层固态电解质的制备方法,其特征在于,包括制备支撑层,并在其上依次沉积锂枝晶抑制层和锂离子均匀沉积层的步骤。

9.根据权利要求8所述的多层固态电解质的制备方法,其特征在于,还包括在支撑层上先沉积锂离子快速通道层,再依次沉积锂枝晶抑制层和锂离子均匀沉积层的步骤。

10.根据权利要求8或9所述的多层固态电解质的制备方法,其特征在于,所述支撑层的制备,包括如下步骤:

取聚合物和锂盐,加热使聚合物熔化,将所得混合物挤压成膜并冷却塑形,即得所述支撑层;

优选地,

所述锂盐包括高氯酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂和双氟磺酰亚胺锂中的一种或以上;

所述聚合物为聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚氯乙烯中的一种或以上;

所述聚合物和锂盐的摩尔比为20:1-10:1;

所述挤压时的压力为2-6mpa;温度为60-80℃。

11.根据权利要求8-10任一项所述的多层固态电解质的制备方法,其特征在于,所述沉积的方法为磁控溅射;

所述锂枝晶抑制层的溅射功率为100w-120w,气氛为ar/o2,ar和o2的流量之比为5:1-10:1,气压为0.8pa-1.0pa,溅射时间为1h-2.5h,靶材成分为li7la3zr2o12、li5la3ta2o12或li0.33la0.56tio3/li7la3zr2o12,靶材与所述支撑层的距离为5cm-7cm;

所述锂离子均匀沉积层的溅射功率为50w-70w,气氛为ar/n2,ar和n2的流量之比为5:1-10:1,气压为1.0pa-1.5pa,溅射时间为4-10min,靶材成分为li,靶材与所述锂枝晶抑制层的距离为5cm-7cm。

12.根据权利要求9-11任一项所述的多层固态电解质的制备方法,其特征在于,所述锂离子快速通道层的溅射功率为80w-100w,气氛为ar/n2,ar和n2的流量之比为5:1-10:1,气压为1.0pa-1.5pa,溅射时间为0.5h-2h,靶材成分为li3po4、或li3po4/si3n4,靶材与所述支撑层的距离为5cm-7cm。

13.一种锂金属电池,其特征在于,包括锂金属负极、权利要求1-7任一项所述的多层固态电解质和正极,其中所述锂离子均匀沉积层与所述锂金属负极相接触,所述支撑层与所述正极相接触。


技术总结
本发明涉及新能源材料技术领域的一种多层固态电解质及其制备方法和由其形成的锂电池。该多层固态电解质包括顺次设置的均具有1×10‑6S/cm以上离子电导率的锂离子均匀沉积层、锂枝晶抑制层和支撑层。锂离子均匀沉积层可以很好地保护锂金属的表面,诱导Li+的均匀分布;锂枝晶抑制层为电解质整体提供机械支撑,同时阻止锂枝晶刺穿隔膜,抑制锂枝晶的生长;支撑层一方面解决锂离子均匀沉积层和锂枝晶抑制层没有自支撑特点、机械强度不够高,无法完全阻止锂枝晶刺穿的问题,另一方面有利于降低界面阻抗。本发明的多层固态电解质具有高电导率、高机械强度、低电解质/正极界面阻抗和耐高温的优点,且能同时实现对锂金属保护以及对锂枝晶的抑制。

技术研发人员:陈人杰;马一添;黄永鑫;胡昕;梅杨;孟倩倩;管敏榕;伍鸿宇
受保护的技术使用者:北京理工大学
技术研发日:2020.01.21
技术公布日:2020.06.09
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