固态电解质三维结构的制作方法

本技术涉及一种固态电解质三维结构，属于固态电池领域。

背景技术：

1、为了满足日益增长的电子设备、电动汽车、电网储能的需求，可充电锂离子电池得到广泛、深入的研究。高比能量、长循环寿命、高安全性是下一代锂离子电池的三大要求。然而，目前主流商业锂离子电池使用的是液态电解质，当电池短路、过热时，液态电解质易燃易爆的特性会导致严重的安全问题，限制了高能量密度锂离子电池的进一步发展。

2、固态电解质具有高机械性能、宽电化学窗口等特点，可以很大程度上降低液态电解质带来的安全问题，是液态电解质的候选材料。目前固态电解质主要分为氧化物固态电解质、硫化物固态电解质、聚合物固态电解质三种。其中氧化物固态电解质具有优异的机械性能、宽电化学窗口、高空气稳定性和化学稳定性，是一种替代液态电解质的候选材料。但是由于其刚性大，使得电极电解质物理接触差，界面电阻高；并且无法适应电极在充放电过程中产生的体积变化，导致电极材料表面产生机械应力和应变，进而出现开裂、粉碎、剥落的现象，从而出现电池界面稳定性差的问题。

技术实现思路

1、为克服现有技术的缺陷，本实用新型提供一种固态电解质三维结构，本实用新型的技术方案是：

2、一种固态电解质三维结构，包括骨架、正极复合聚合物固态电解质层、负极复合聚合物固态电解质层和li3n层，在该骨架的正极侧包覆有所述的正极复合聚合物固态电解质层，负极层包覆有所述的负极复合聚合物固态电解质层，在所述负极复合聚合物固态电解质层表面设有li3n层，在所述骨架的中部形成无槽区域，该骨架的上部和下部均形成槽区域，在所述的槽区域处均匀的设置有数个骨架槽。

3、在所述的正极复合聚合物固态电解质层、负极复合聚合物固态电解质层以及所述li3n层上均设置有与所述骨架槽对应的固态电解质层槽。

4、所述的骨架为氧化物固态电解质层30。

5、所述氧化物固态电解质层厚度为60～200μm，其中，无槽区域厚度为20μm～140μm，槽区域厚度为30μm～140μm。

6、相邻两骨架槽之间的距离为10μm～50μm，每一骨架槽的深度为20μm～80μm。

7、所述正极复合聚合物电解质层厚度为10～20μm，所述负极复合聚合物电解质层厚度为10～20μm，所述li3n层厚度为2～10μm。

8、所述的正极复合聚合物固态电解质层和负极复合聚合物固态电解质层均通过3d打印、流延或浇筑的方式进行包覆，所述的li3n层采用物理气相沉积、化学气相沉积或原子层沉积的方式进行沉积。本实用新型的优点是：该三维结构的固态电解质表面有设计的槽结构，利用槽结构增大电极和电解质接触面积，增强物理接触；此外聚合物固态电解质的高柔性同样增强了电极和电解质之间的物理接触并且使其可以适应电极的体积变化；氧化物固态电解质的高机械强度和槽结构抑制电极材料的体积膨胀，防止电极材料的开裂、剥落等现象的出现，提高界面稳定性；li3n具有高离子电导率，促进锂离子的快速迁移，抑制了锂枝晶的生长。

技术特征：

1.一种固态电解质三维结构，其特征在于，包括骨架、正极复合聚合物固态电解质层、负极复合聚合物固态电解质层和li3n层，在该骨架的正极侧包覆有所述的正极复合聚合物固态电解质层，负极层包覆有所述的负极复合聚合物固态电解质层，在所述负极复合聚合物固态电解质层表面设有li3n层，在所述骨架的中部形成无槽区域，该骨架的上部和下部均形成槽区域，在所述的槽区域处均匀的设置有数个骨架槽。

2.根据权利要求1所述的固态电解质三维结构，其特征在于，在所述的正极复合聚合物固态电解质层、负极复合聚合物固态电解质层以及所述li3n层上均设置有与所述骨架槽对应的固态电解质层槽。

3.根据权利要求1或2所述的固态电解质三维结构，其特征在于，所述的骨架为氧化物固态电解质层。

4.根据权利要求3所述的固态电解质三维结构，其特征在于，所述氧化物固态电解质层厚度为60～200μm，其中，无槽区域厚度为20μm～140μm，槽区域厚度为30μm～140μm。

5.根据权利要求3所述的固态电解质三维结构，其特征在于，相邻两骨架槽之间的距离为10μm～50μm，每一骨架槽的深度为20μm～80μm。

6.根据权利要求1所述的固态电解质三维结构，其特征在于，所述正极复合聚合物电解质层厚度为10～20μm，所述负极复合聚合物电解质层厚度为10～20μm，所述li3n层厚度为2～10μm。

7.根据权利要求1所述的固态电解质三维结构，其特征在于，所述的正极复合聚合物固态电解质层和负极复合聚合物固态电解质层均通过3d打印、流延或浇筑的方式进行包覆，所述的li3n层采用物理气相沉积、化学气相沉积或原子层沉积的方式进行沉积。

技术总结
本技术涉及一种固态电解质三维结构，包括骨架、正极复合聚合物固态电解质层、负极复合聚合物固态电解质层和Li<subgt;3</subgt;N层，在该骨架的正极侧包覆有所述的正极复合聚合物固态电解质层，负极层包覆有所述的负极复合聚合物固态电解质层，负极复合固态电解质层外部包覆有Li<subgt;3</subgt;N层，在所述骨架的中部形成无槽区域，该骨架的上部和下部均形成槽区域，在所述的槽区域处均匀的设置有数个骨架槽。本技术的优点是：该三维结构的固态电解质表面有设计的槽结构，利用槽结构增大电极和电解质接触面积，增强物理接触；此外聚合物固态电解质的高柔性同样增强了电极和电解质之间的物理接触并且使其可以适应电极的体积变化。

技术研发人员：李智,郎咸伟,王延涛,刘坤龙,张新禹,王梦
受保护的技术使用者：青岛空天动力结构安全研究所
技术研发日：20231226
技术公布日：2024/9/23