本發(fā)明涉及鋰離子電池，具體涉及一種固態(tài)電解質(zhì)膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、目前，鋰離子電池廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、電動汽車和儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域。而傳統(tǒng)鋰離子電池使用易燃的有機(jī)液體電解質(zhì)，存在安全隱患和能量密度較低的缺點(diǎn)，限制了其進(jìn)一步發(fā)展。全固態(tài)鋰電池以固體電解質(zhì)代替液體電解質(zhì)，具有更高的安全性、更寬的工作溫度范圍和更高的能量密度，是下一代電池技術(shù)的重要發(fā)展方向。

2、硫化物固體電解質(zhì)因其高離子電導(dǎo)率和良好的機(jī)械性能，成為全固態(tài)鋰電池最有希望的電解質(zhì)材料之一。但大部分硫化物電解質(zhì)在空氣中容易分解，生成有毒的硫化氫氣體，制作條件要求嚴(yán)格，增加了生產(chǎn)復(fù)雜性和成本。此外，硫化物電解質(zhì)與鋰金屬類負(fù)極的兼容性較差，容易發(fā)生界面反應(yīng)，誘導(dǎo)鋰枝晶的生成，造成電池短路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出了一種固態(tài)電解質(zhì)膜及其制備方法和應(yīng)用，通過本發(fā)明提供的固態(tài)電解質(zhì)膜及其制備方法和應(yīng)用，能夠提高固態(tài)電解質(zhì)膜的電導(dǎo)率的穩(wěn)定性，增強(qiáng)空氣穩(wěn)定性，改善電解質(zhì)/活性物質(zhì)界面性質(zhì)，提高全固態(tài)鋰離子電池提高鋰電池的壽命和安全性。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種固態(tài)電解質(zhì)膜，至少包括：

3、粘結(jié)劑；以及

4、硫化物固態(tài)電解質(zhì)，所述硫化物固態(tài)電解質(zhì)的分子式為liap1-bmbscodxe；其中，5<a<6，0<b<1，1.5<c<5，0<d<2.5，4<c+d<5，1<e<2；m選自al、ga、in、ti、sc、as、sb、bi、as、v或nb中的一種或多種；x選自cl、br或i中的一種或多種；

5、所述固態(tài)電解質(zhì)膜的離子電導(dǎo)率為1×10-3s/cm～2×10-2s/cm。

6、在本發(fā)明一實(shí)施例中，m為sb、in或bi中的一種或多種。

7、在本發(fā)明一實(shí)施例中，x為cl；b的取值范圍為0<b≤0.1。

8、在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述固態(tài)電解質(zhì)膜的厚度為1μm～200μm。

9、在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述粘結(jié)劑和所述硫化物固態(tài)電解質(zhì)的質(zhì)量比為0.1:99.9～10:90。

10、本發(fā)明還提供一種上述所述固態(tài)電解質(zhì)膜的制備方法，包括步驟：

11、根據(jù)硫化物固態(tài)電解質(zhì)的化學(xué)式，將原料按照化學(xué)計(jì)量混合均勻后，放置球磨罐中球磨，得到硫化物固態(tài)電解質(zhì)前驅(qū)體粉末；

12、將所述硫化物固態(tài)電解質(zhì)前驅(qū)體粉末在預(yù)設(shè)溫度下煅燒處理，獲得所述硫化物固態(tài)電解質(zhì)；以及

13、將所述硫化物固態(tài)電解質(zhì)與粘結(jié)劑混合，通過干法制備或濕法制備獲得所述固態(tài)電解質(zhì)膜。

14、在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述原料包括li源、p源、m源、s源和x源，所述li源選自licl、libr、lii或li2s中的一種或多種；所述p源選自單質(zhì)p、p2s5、p4s6、pcl5或pbr5中的一種或多種；所述m源選自m的氧化物或m的硫化物中的一種或多種；所述s源選自單質(zhì)s、li2s、p2s5、p4s6、as2s5、as2s3、sb2s5、sb2s3、bi2s5、bi2s3、al2s3、ga2s3、in2s3或sc2s3中的一種或多種；所述x源選自licl、pcl5、libr、pbr5、lii或i2中的一種或多種；化學(xué)式中的o元素來自于m的氧化物。

15、在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述固態(tài)電解質(zhì)膜采用干法制備時(shí)，所述粘結(jié)劑選自第一粘結(jié)劑，所述第一粘結(jié)劑選自聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、氟化乙丙共聚物、全氟烷氧基樹脂、聚氯三氟乙烯、乙烯一氯三氟乙烯共聚合物、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物或聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物中的一種或幾種。

16、在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述固態(tài)電解質(zhì)膜采用濕法制備時(shí)，所述粘結(jié)劑選自第二粘結(jié)劑，所述第二粘結(jié)劑選自聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素、丁苯橡膠、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚氨酯、聚乙烯醇、海藻酸鈉、乙烯-丙烯-二烯單體、苯乙烯-丁二烯橡膠、氟橡膠、β-環(huán)糊精聚合物、聚丙烯乳液、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、氟化乙丙共聚物、全氟烷氧基樹脂、聚氯三氟乙烯、乙烯一氯三氟乙烯共聚合物、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物或聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物中的一種或多種。

17、本發(fā)明還提供一種全固態(tài)鋰離子電池，至少包括：

18、正極極片，所述正極極片包括鹵化物固態(tài)電解質(zhì)，所述鹵化物固態(tài)電解質(zhì)包括li2.35zr0.65fe0.35cl5br0.5i0.5；

19、負(fù)極極片；以及

20、固態(tài)電解質(zhì)膜，所述固態(tài)電解質(zhì)膜設(shè)置在相鄰的所述正極極片和所述負(fù)極極片之間，所述固態(tài)電解質(zhì)膜選自上述所述的固態(tài)電解質(zhì)膜。

21、本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，包括上述所述的全固態(tài)鋰離子電池。

22、綜上所述，本發(fā)明提出一種固態(tài)電解質(zhì)膜及其制備方法和應(yīng)用，增加了固態(tài)電解質(zhì)膜對大氣降解的內(nèi)在抵抗力，并有效地減少了h2s的產(chǎn)生，增加電池在實(shí)際生產(chǎn)中的可能性，從而增強(qiáng)硫化物固態(tài)電解質(zhì)的空氣穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。能夠在電解質(zhì)/鋰金屬負(fù)極界面層中形成licl、li2o和li-sb/li-bi/li-in等合金，能夠使電場均勻化，平衡局部電流密度，從而調(diào)節(jié)li的形核和生長，可以有效抑制生長界面處鋰枝晶的快速生長，可以顯著改善鋰離子電池的穩(wěn)定性和性能，提高全固態(tài)鋰離子電池提高鋰電池的壽命和安全性。使得固態(tài)電解質(zhì)膜具有較高的穩(wěn)定性和特定的反應(yīng)性，能夠提固態(tài)電解質(zhì)膜的電導(dǎo)率的穩(wěn)定性，增強(qiáng)空氣穩(wěn)定性以及改善電解質(zhì)/活性物質(zhì)界面性質(zhì)，從而提高與活性材料的兼容性。

技術(shù)特征：

1.一種固態(tài)電解質(zhì)膜，其特征在于，至少包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)電解質(zhì)膜，其特征在于，m為sb、in或bi中的一種或多種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)電解質(zhì)膜，其特征在于，x為cl；b的取值范圍為0<b≤0.1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述固態(tài)電解質(zhì)膜，其特征在于，所述固態(tài)電解質(zhì)膜的厚度為1μm～200μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述固態(tài)電解質(zhì)膜，其特征在于，所述粘結(jié)劑和所述硫化物固態(tài)電解質(zhì)的質(zhì)量比為0.1:99.9～10:90。

6.一種如權(quán)利要求1～5任意一項(xiàng)所述固態(tài)電解質(zhì)膜的制備方法，其特征在于，包括步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固態(tài)電解質(zhì)膜的制備方法，其特征在于，所述原料包括li源、p源、m源、s源和x源，所述li源選自licl、libr、lii或li2s中的一種或多種；所述p源選自單質(zhì)p、p2s5、p4s6、pcl5或pbr5中的一種或多種；所述m源選自m的氧化物或m的硫化物中的一種或多種；所述s源選自單質(zhì)s、li2s、p2s5、p4s6、as2s5、as2s3、sb2s5、sb2s3、bi2s5、bi2s3、al2s3、ga2s3、in2s3或sc2s3中的一種或多種；所述x源選自licl、pcl5、libr、pbr5、lii或i2中的一種或多種；化學(xué)式中的o元素來自于m的氧化物。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固態(tài)電解質(zhì)膜的制備方法，其特征在于，所述固態(tài)電解質(zhì)膜采用干法制備時(shí)，所述粘結(jié)劑選自第一粘結(jié)劑，所述第一粘結(jié)劑選自聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、氟化乙丙共聚物、全氟烷氧基樹脂、聚氯三氟乙烯、乙烯一氯三氟乙烯共聚合物、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物或聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物中的一種或幾種。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固態(tài)電解質(zhì)膜的制備方法，其特征在于，所述固態(tài)電解質(zhì)膜采用濕法制備時(shí)，所述粘結(jié)劑選自第二粘結(jié)劑，所述第二粘結(jié)劑選自聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素、丁苯橡膠、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚氨酯、聚乙烯醇、海藻酸鈉、乙烯-丙烯-二烯單體、苯乙烯-丁二烯橡膠、氟橡膠、β-環(huán)糊精聚合物、聚丙烯乳液、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、氟化乙丙共聚物、全氟烷氧基樹脂、聚氯三氟乙烯、乙烯一氯三氟乙烯共聚合物、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物或聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物中的一種或多種。

10.一種全固態(tài)鋰離子電池，其特征在于，至少包括：

11.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括權(quán)利要求10所述的全固態(tài)鋰離子電池。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種固態(tài)電解質(zhì)膜及其制備方法和應(yīng)用，所述固態(tài)電解質(zhì)膜包括粘結(jié)劑；以及硫化物固態(tài)電解質(zhì)，所述硫化物固態(tài)電解質(zhì)的分子式為Li<subgt;a</subgt;P<subgt;1?b</subgt;M<subgt;b</subgt;S<subgt;c</subgt;O<subgt;d</subgt;X<subgt;e</subgt;；其中，5<a<6，0<b<1，1.5<c<5，0<d<2.5，4<c+d<5，1<e<2；M選自Al、Ga、In、Ti、Sc、As、Sb、Bi、As、V或Nb中的一種或多種；X選自Cl、Br或I中的一種或多種；所述固態(tài)電解質(zhì)膜的離子電導(dǎo)率為1×10<supgt;?3</supgt;S/cm～2×10<supgt;?2</supgt;S/cm。通過本發(fā)明提出一種固態(tài)電解質(zhì)膜及其制備方法和應(yīng)用，能夠提高固態(tài)電解質(zhì)膜的電導(dǎo)率的穩(wěn)定性，增強(qiáng)空氣穩(wěn)定性，改善電解質(zhì)/活性物質(zhì)界面性質(zhì)，提高全固態(tài)鋰離子電池提高鋰電池的壽命和安全性。

技術(shù)研發(fā)人員：余樂,吳銘
受保護(hù)的技術(shù)使用者：株式會社AESC日本
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6