一种固态电解质改性方法及应用

本申请涉及固态锂电池，具体涉及一种固态电解质的改性方法。

背景技术：

1、在众多的储能技术中，锂电池因具有使用寿命长、无记忆效应等优点而占据明显优势，在便携式电子设备，电动车等领域有着广泛的运用，已成为21世纪能源经济中不可或缺的组成部分。然而为满足当代储能市场的需求，传统锂电池面临严峻的挑战：（1）传统液态锂离子电池存在着热稳定性差、易燃、易漏液等问题，起火爆炸事件的时有发生，暴露出来的安全性及稳定性问题成为锂电池推广使用的痛点；（2）当前石墨为负极的锂电池体系经过多年量产优化，能量密度仍很难超过300wh/kg，难以满足设备长续航的需求，低能量密度成为锂电池发展的一大瓶颈。

2、全固态电池有潜力克服以上亟待解决的问题，固态电解质具有不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液等优点，提高了安全性能；固态电解质良好的机械性能可以有效抑制锂枝晶，使高比容量锂金属负极的应用成为可能。此外，固态电解质具有宽的电化学稳定窗口，可匹配高电压正极材料，电化学稳定窗口可达5v以上，单体电池的能量密度得到大幅提升；另一方面，固态电池可通过层叠方法简化电池组装外壳，减轻重量，提高系统能量密度；固态锂电池工作温度范围宽，针刺和高温稳定性极好，最高操作温度有望达到300℃，从而避免高温下可能导致的热失控。因此，固态锂金属电池被认为是未来最有希望的便携储能体系之一。

3、近年来固态电解质的快速发展加快了锂负极大规模应用的进程，但遗憾的是，作为锂离子传输介质，虽然在高离子电导率方面取得了显著的成果，但固态电解质与电极之间的高界面阻抗往往抵消了这种高离子电导率带来的优势。较差的润湿性和显著的界面反应是导致电极和电解质之间高界面阻抗的关键因素。由于大部分的无机固态电解质与锂负极之间化学或电化学不相容，大大恶化了锂负极/固态电解质的界面性能，因此，提高固态电解质与锂金属负极界面相容性和稳定性对锂金属固态电池的长期循环稳定性起着关键性作用。构建界面保护膜是改善界面性能的有效手段，但现有技术中单一组分或单一结构的界面保护膜难以兼具高的离子电导率、化学稳定性、优异的力学性能等性能，多相复合保护膜有望通过充分发挥各组分及复合结构的优势来解决这一问题。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种固态电解质改性方法及其在固态电池中的应用，与现有技术相比，本发明制备了双相复合界面保护膜，简单易操作、易于调控；同时，利用本发明的处理方法组装的固态电池不仅很好地避免了锂负极和固态电解质界面之间的不良反应，而且还具有优异的循环性能和低的极化，表现出了良好的电化学性能。

2、本发明的目的之一是提供一种基于单离子导体共价有机框架（covalent organicframework, cof）的固态电解质改性方法。

3、本发明的目的之二是提供上述基于cof改性的固态电解质及其在固态电池中的应用。

4、为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：

5、本发明公开了一种固态电解质改性方法，所述方法为：采用高能球磨，将单离子导体cof包覆在固态电解质颗粒表面，后与peo（litfsi）混合后冷压成膜，即得。

6、上述方法中，所述固态电解质为无机固态电解质。

7、上述方法中，所述cof包覆层厚度为1nm-1μm。

8、上述方法中，所述peo（litfsi）的混合添加量为0.5%-10%。

9、再次，本发明公开了一种固态电解质，包括：固态电解质、表面包覆层，其中所述包覆层均匀包裹在无机固态电解质颗粒表面，所述包覆层为本发明将单离子导体cof包覆在固态电解质颗粒表面后与peo（litfsi）充分混合制得。

10、最后，本发明公开了上述固态电解质在固态电池中的应用。

11、与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

12、（1）本发明制备了双相复合界面保护膜，制备方法简单，成本低，易于调控，得益于复合界面保护膜的协同保护作用，对解决现有固态电池中存在的电极/固态电解质界面相容性差以及锂枝晶生长的问题有明显效果。

13、（2）用本发明制备的材料组装的固态电池的循环性能明显提高，且随着时间的延长电池没有明显的极化现象。

技术特征：

1.一种固态电解质改性方法，其特征在于，所述方法为：采用高能球磨，将单离子导体cof包覆在固态电解质颗粒表面，后与peo（litfsi）混合后冷压成膜，即得。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固态电解质为无机固态电解质。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述方法中，所述cof包覆层厚度为1nm-1μm。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述方法中，所述peo（litfsi）的混合添加量为0.5%-10%。

5.一种固态电解质，包括：固态电解质、表面包覆层，其中所述包覆层均匀包裹在无机固态电解质颗粒，所述包覆层为本发明将单离子导体cof均匀包覆在固态电解质颗粒表面后与peo（litfsi）混合制得。

6.固态电解质在固态电池中的应用。

技术总结本申请公开了一种固态电解质改性方法及其应用，应用于固态锂电池技术领域，所述方法为：采用高能球磨，将单离子导体共价有机框架（COF）均匀包覆在固态电解质颗粒表面，后与PEO（LiTFSI）充分混合后冷压成膜即得。与现有技术相比，本发明制备了双相复合界面保护膜，简单易操作、易于调控；同时，得益于复合界面保护膜的协同保护作用，利用本发明的处理方法组装的固态电池不仅很好地避免了锂负极和固态电解质界面之间的不良反应，而且还具有优异的循环性能和低的极化，表现出了良好的电化学性能。技术研发人员：侯广梅,王瑶,徐硕辰,龙翔,张希莲受保护的技术使用者：齐鲁工业大学（山东省科学院）技术研发日：技术公布日：2024/7/25