CN110611119B - 一种复合固体电解质及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种复合固体电解质及其制备方法和应用，涉及电池技术领域，以保证电池正常使用的前提下，解决固体电解质与电极的离子扩散困难的问题。所述复合固体电解质包括电解质材料和电极材料；复合固体电解质所包括的电极材料的含量沿着活性离子迁移方向降低，复合固体电解质所包括的电解质材料的含量沿着活性离子迁移方向增加。所述制备方法用于制备上述复合固体电解质。本发明提供的复合固体电解质及其制备方法和应用用于固体电池中。

Description

一种复合固体电解质及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种复合固体电解质及其制备方法和应用。

背景技术

固体离子电池是一种安全性比较高的电池，其具有较高的能量密度和电池容量，是下一代电池发展的重要方向。

目前，固体离子电池所使用的电解质为固体电解质，使得固体离子电池所包含的电极无法浸润至固体电解质中，因此，固体电解质与电极之间的界面明显，导致固体电解质与电极之间的离子扩散困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合固体电解质及其制备方法和应用，使得复合固体电解质在固体离子电池中可同时作为固体电解质和电池使用，以在保证电池正常使用的前提下，解决固体电解质与电极的离子扩散困难的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种复合固体电解质，该复合固体电解质包括：电解质材料和电极材料；所述复合固体电解质所包括的电极材料的含量沿着活性离子迁移方向降低，所述复合固体电解质所包括的电解质材料的含量沿着活性离子迁移方向增加。

与现有技术相比，本发明提供的复合固体电解质含有电解质材料和电极材料，使得电解质材料和电极材料位于同一分散体系中，保证了电解质材料和电极材料的充分接触，避免该电极材料形成电极，该电解质材料形成固体电解质时，电极与固体电解质之间界面内阻大所导致的固体电解质与电极之间的离子扩散困难的问题，而且还使得复合固体电解质既具有电极的特征，又具有固体电解质的特征，这样就能简化复合固体电解质所应用的电池的结构。而且，经试验证明，本发明实施例提供的复合固体电解质含有电解质材料和电极材料，还降低了复合固体电解质的结晶化过程，使得复合固体电解质的使用寿命增加。

另外，由于复合固体电解质所包括的电极材料的含量沿着活性离子迁移方向降低，复合固体电解质所包括的电解质材料的含量沿着活性离子迁移方向增加；此时本发明提供的复合固体电解质应用于电池时，只需要将另一电极材料所形成的电极与复合固体电解质包括电极材料含量最低的位置接触，就能够保证电池不会发生短路；而且，本发明实施例提供的复合固体电解质所包括的电极材料含量最低的位置，电解质材料含量也最高，这也使得另一电极材料所形成的电极与电解质含量最高的位置接触，使得另一电极材料所形成的电极与电解质之间的离子扩散正常进行。

本发明还提供了上述技术方案包括的复合固体电解质的制备方法，包括：

配制不同浓度的多种复合分散液；每种所述复合分散液包括分散在溶剂中的电极材料和电解质材料；

利用多种复合分散液形成多个层叠在一起的复合膜层，获得复合固体电解质，使得各层所述复合薄膜所包括的电极材料的含量和电解质材料的含量沿着离子移动方向呈现梯度变化。

与现有技术相比，本发明提供的复合固体电解质的制备方法的有益效果与上述技术方案提供复合固体电解质的有益效果相同，在此不做赘述。

本发明还提供了上述技术方案所述的复合固体电解质在电池中的应用，该电池包括上述技术方案所述的复合固体电解质。

与现有技术相比，本发明提供的上述技术方案所述的复合固体电解质在电池中的应用的有益效果与上述技术方案提供的复合固体电解质的有益效果相同，在此不做赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的复合固体电解质的结构示意图一；

图2为本发明实施例提供的复合固体电解质的结构示意图二；

图3为本发明实施例提供的复合固体电解质的制作方法一；

图4为本发明实施例提供的复合固体电解质的制作方法二；

图5为试验对象一在室温条件的电池交流阻抗曲线，横纵坐标单位为欧姆；

图6为试验对象一在室温条件的循环伏安曲线；

图7为试验对象一在室温条件的倍率充放电测试曲线；

图8为试验对象一在室温条件的充放电曲线；

图9为试验对象二在室温条件的电池交流阻抗曲线，横纵坐标单位为欧姆；

图10为试验对象二在室温条件的循环伏安曲线；

图11为试验对象二在室温条件的倍率充放电测试曲线；

图12为试验对象三在室温条件的电池交流阻抗曲线，横纵坐标单位为欧姆；

图13为试验对象三在室温条件的循环伏安曲线；

图14为试验对象三在室温条件的倍率充放电测试曲线；

图15为试验对象四在室温条件的电池交流阻抗曲线，横纵坐标单位为欧姆；

图16为试验对象四在室温条件的循环伏安曲线；

图17为试验对象四在室温条件的倍率充放电测试曲线；

图18为试验对象四在室温条件的充放电曲线。

附图标记：

1-复合固体电解质， 10-正极集流体；

2-负极， 20-负极集流体；

3-电极壳， 31-正极壳；

32-负极壳。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的复合固体电解质1包括电解质材料和电极材料；复合固体电解质1所包括的电极材料的含量(含量可以为质量百分含量、体积百分含量或者摩尔百分含量)逐渐增加，复合固体电解质1所包括的电解质材料的含量逐渐增加；复合固体电解质1所包括的电极材料的含量逐渐增加的方向和电解质材料的含量逐渐增加的方向相反。

基于本发明实施例提供的复合固体电解质1的具体组成可知，本发明提供的复合固体电解质1含有电解质材料和电极材料，使得电解质材料和电极材料位于同一分散体系中，保证了电解质材料和电极材料的充分接触，避免该电极材料形成电极，该电解质材料形成固体电解质时，电极与固体电解质之间界面内阻大所导致的固体电解质与电极之间的离子扩散困难的问题，而且还使得复合固体电解质1既具有电极的特征，又具有固体电解质的特征，这样就能简化复合固体电解质1所应用的电池的结构；其中，所应用的电池可以为钠离子电池、钾离子电池、铝离子电池、镁离子电池、锂硫电池等，但不仅限于此。当所应用的电池为钠离子电池，则活性离子为钠离子；当所应用的电池可以为钾离子电池，则活性离子为钾离子；当所应用的电池为铝离子电池，则活性离子为铝离子；当所应用的电池为镁离子电池，则活性离子为镁离子；当所应用的电池为锂硫电池，则活性离子为锂离子。

而且，经试验证明，本发明实施例提供的复合固体电解质1含有电解质材料和电极材料时，复合固体电解质1的结晶化速度大大降低，使得复合固体电解质1的使用寿命增加。

另外，由于复合固体电解质1所包括的电极材料的含量沿着活性离子迁移方向降低，复合固体电解质1所包括的电解质材料的含量沿着活性离子迁移方向增加；此时本发明提供的复合固体电解质1应用于电池时，只需要将另一电极材料所形成的电极与复合固体电解质1包括电极材料含量最低的位置接触，就能够保证电池不会发生短路；而且，本发明实施例提供的复合固体电解质1所包括的电极材料含量最低的位置，电解质材料含量也最高，这也使得另一电极材料所形成的电极与电解质含量最高的位置接触，使得另一电极材料所形成的电极与电解质之间的离子扩散正常进行。

可以理解的是，本发明实施例提供的复合固体电解质1所包括的电极材料和电解质材料的含量分布特性只要符合上述要求即可。

示例性的，如图1和图2所示，本发明实施例提供的复合固体电解质1所包括的电极材料的含量最高的位置中电极材料的含量为大于30％小于70％，复合固体电解质1所包括的电极材料的含量最低的位置中电极材料的含量为0％-30％；复合固体电解质1所包括的电解质材料的含量最高的位置中电极材料的含量为大于30％小于80％，复合固体电解质所包括的电解质材料的含量最低的位置中电极材料的含量为0％-30％。

可选的，本发明实施例提供的复合电解质所包括的电极材料可以为正极材料，也可以为负极材料。

在一些实施例中，当复合固体电解质1所包括的电极材料为正极材料，活性离子迁移方向为充电时活性离子的迁移方向(从正极到负极2的方向)，复合固体电解质1所包括的电极材料的含量沿着充电时活性离子迁移方向逐渐降低，复合固体电解质1所包括的电解质材料的含量沿着充电时活性离子迁移方向逐渐增加，这使得复合固体电解质1中正极材料含量最低的位置与负极材料所形成的负极2接触时，所构成的电池不仅不会发生短路，而且还能够保证电池的负极2与电解质充分接触，从而保证电池正常使用。

在一些实施例中，复合固体电解质1所包括的电极材料为负极材料，活性离子迁移方向为放电时活性离子的迁移方向(从负极2到正极的方向)，复合固体电解质1所包括的电极材料的含量沿着放电时活性离子迁移方向逐渐降低，所述复合固体电解质1所包括的电解质材料的含量沿着放电时活性离子迁移方向逐渐增加，这使得复合固体电解质1中负极材料含量最低的位置与正极材料所形成的正极接触时，所构成的电池不仅不会发生短路，而且还能够保证电池的正极与电解质充分接触，从而保证电池正常使用。

考虑到本发明实施例提供的复合固体电解质1所包含的电极材料的含量沿着活性离子迁移方向降低，复合固体电解质1所包括的电解质材料的含量沿着活性离子迁移方向增加，使得复合固体电解质1难以制备。为此，如图2所示，本发明实施例提供的复合固体电解质1包括层叠的复合薄膜；每层复合薄膜的厚度视情况决定，一般为10μm-100μm，所构成的复合固体电解质的总厚度为5mm-20mm。每层复合薄膜含有电解质材料和电极材料；各层复合薄膜所包括的电极材料的含量和电解质材料的含量沿着活性离子迁移方向呈现梯度变化；至于梯度变化量可根据实际情况设定，例如：相邻两层复合薄膜所含有的电极材料的含量相差2％-10％，相邻两层复合薄膜所含有的电解质材料的含量相差3％-10％。

如图1-图4所示，本发明实施例还提供了一种复合固体电解质1的制备方法，该复合固体电解质1的制备方法是基于成膜法实现的，具体包括如下步骤：

步骤S100：配制不同浓度的多种复合分散液；每种复合分散液包括分散在溶剂中的电极材料和电解质材料；溶剂可以选择乙腈、四氢呋喃、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二乙基乙酰胺中的一种或多种，当然还包括一些聚合物如聚环氧乙烷，其为常规辅料，不做详细说明，添加量根据实际情况决定。

配置不同浓度的多种复合分散液的方法多种多样，例如：可按照每种复合分散液的浓度要求，将一定比例的电极材料和电解质材料分散在溶剂中进行球磨，球磨时间根据实际球磨效果决定。

步骤S200：由于不同浓度的多种复合分散液中，各种复合分散液所包含的电极材料的浓度不同，各种复合分散液所包含的电解质材料的浓度不同，某种复合分散液所包含的电极材料的含量较多时，其所在复合分散液所包含的电解质材料的含量较少，基于此，可按照复合分散液所包含的电解质材料的浓度从高到低的顺序，或者按照复合分散液所包含的电解质材料的浓度从高到低的顺序，依次形成层叠的多个复合薄膜，从而制得复合固体电解质1。即利用多种复合分散液形成多个层叠在一起的复合膜层，获得复合固体电解质1，使得各层复合膜层所包括的电极材料的含量沿着活性离子迁移方向降低，各层复合膜层所包括的电解质材料的含量沿着活性离子迁移方向增加。

与现有技术相比，本发明实施例提供的复合固体电解质1的制备方法与上述实施例提供的复合固体电解质1的有益效果相同，在此不做赘述。

如图1、图2和图4所示，利用多种复合分散液形成多个层叠在一起的复合膜层，获得复合固体电解质1包括：

步骤S210：提供一基板；

步骤S220：按照复合分散液所包含的电极材料含量从大到小的方式，在基板的表面依次形成多个层叠在一起的复合液膜；

步骤S230：对多个层叠在一起的复合液膜进行干燥，获得作为复合固体电解质1的多个层叠在一起的复合膜层。

需要说明的是，如图1和图2所示，上述基板的种类比较多，如玻璃板或正极集流体10。当上述电极材料为正极材料时，基板为正极集流体10(如铝箔)，正极集流体10作为形成复合固体电解质1的基板使用，同时利用复合固体电解质1制作固体电池时，无需再设置正极集流体10，因此，将正极集流体10作为形成复合固体电解质1，使得正极集流体10的设置步骤与复合固体电解质1的形成过程融为一体，从而简化利用复合固体电解质1制作固体电池的工艺步骤。当上述电极材料为负极材料时，基板为负极集流体20(如铜箔)时，负极集流体20作为形成复合固体电解质1的基板使用，同时利用复合固体电解质1制作固体电池时，无需再设置负极集流体20，因此，将负极集流体20作为形成复合固体电解质1，使得负极集流体20的设置步骤与复合固体电解质1的形成过程融为一体，从而简化利用复合固体电解质1制作固体电池的工艺步骤。

可以理解的是，形成多个层叠在一起的复合液膜的过程中，位于上层的复合液膜所含有的电极材料和电解质材料在重力的作用下发生沉降，使得形成的多个层叠在一起的复合液膜所包括的电极材料的含量在厚度增加方向呈现连续式降低，所包括的电解质材料的含量在厚度增加方向呈现连续式增加。这样就能够保证所形成的复合固体电解质1所包含的各层复合膜层所包括的电极材料的含量沿着活性离子迁移方向降低，各层复合膜层所包括的电解质材料的含量沿着活性离子迁移方向增加。另外，上述对多个复合液膜进行干燥时一般为真空干燥(温度在60℃)，当然也可以为常温干燥，但常温干燥的时间比较长，使得上下复合液膜容易发生过度融合，导致所制备的多层复合膜层的材料梯度分布不明显。

需要说明的是，相邻两层复合液膜对应的复合分散液所包括的电极材料的含量相差2％-10％；相邻两层复合液膜对应的复合分散液所含有的电解质材料的含量相差3％-10％。

以锂离子电池所使用的复合固体电解质示例说明本发明实施例提供的复合固体电解质的制备方法所制备的复合固体电解质，具体参见表1。其中，锂离子电池所使用的复合固体电解质所包括的电解质材料为高氯酸锂、三氟甲磺酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂中的一种或多种。锂离子电池所使用的复合固体电解质所包括的电极材料为镍钴锰酸锂、钴酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂中的一种或多种。

表1本发明实施例提供的不同复合固体电解质的参数

注：正极材料含量差是指相邻两层复合膜层所包含的正极材料的含量差；电解质材料含量差是指相邻两层复合膜层所包含的电解质材料的含量差。

需要说明的是，表1只是示例性的给出了复合固体电解质所包括电极材料和电解质材料可实现的选择，并不代表本发明实施例所提供的复合固体电解质只能在该范围内进行解决上述问题。

如图1和图2所示，本发明实施例还提供了一种上述实施例提供的复合固体电解质1在电池中的应用。

与现有技术相比，本发明实施例提供的上述实施例提供的复合固体电解质1在电池中的应用的有益效果与上述实施例提供的复合固体电解质1的有益效果相同，在此不做赘述。另外，由于复合固体电解质1中含有电极材料，使得复合固体电解质1应用于电池时，可省去一个固体电极，简化了电极结构。

其中，上述电池可以为铝离子电池、锂离子电池、钾离子电池、钠离子电池、镁离子电池或锂硫电池，但不仅限于此。

在一种实现方式中，如图1所示，如果复合固体电解质1所包括的电极材料为正极材料，则上述电池不仅包括复合固体电解质1，还包括负极2；复合固体电解质1所包括的电解质材料含量最高的位置(即正极材料含量最低的位置)与负极2接触。进一步，上述电池还包括正极集流体10和负极集流体20，正极集流体10位于复合固体电解质1所包括的正极材料含量最高的位置，负极集流体20设在负极2上。

在另一种实现方式中，如图1和图2所示，如果复合固体电解质1所包括的电极材料为负极材料，则上述电池不仅包括复合固体电解质1，还包括正极；复合固体电解质1所包括的电解质材料含量最高的位置(即负极材料含量最低的位置)与正极接触。进一步，上述电池还包括正极集流体10和负极集流体20，正极集流体10设在正极上，负极集流体20位于复合固体电解质1所包括的负极材料含量最高的位置。

需要说明的是，如图1和图2所示，上述电池还包括电极壳3，电极壳3包括正极壳31和负极壳32，正极壳31和负极壳32用于将复合固体电解质1和另外一个电极扣合在一起。

以锂离子电池为例，上述复合固体电解质1所包括的电极材料为正极材料，负极为锂片，正极集流体10为贴覆在复合固体电解质1所包括的正极材料含量最高的位置的铝箔，负极集流体20为贴覆在锂片上的铜箔。装配锂离子电池时，按照负极壳32、锂片、复合固体电解质1、正极壳31的顺序组装成新型扣式的锂离子电池；而且，当正极壳31和负极壳32为铝塑膜外壳，所构成的电池为软包型锂离子电池。

下面对含有复合固体电解质1的锂离子电池进行电化学性能验证；锂离子电池为软包电池，所包括正极为铝箔，正极极耳为铝；负极2为锂片，负极极耳是镍。

一、试验对象

试验对象一：锂离子电池包括的固体电解质含有质量比为1:10的电解质材料和聚氧化乙烯，电解质材料具体为三氟甲磺酸锂。

试验对象二：锂离子电池包括的固体电解质为复合固体电解质1，其包括的电解质材料为三氟甲磺酸锂，正极材料为镍钴锰酸锂，同时还包括聚氧化乙烯，聚氧化乙烯的质量是电解质材料和正极材料总质量的二倍。该复合固体电解质1包括三层复合薄膜，按照正极材料的含量由高到低，三层复合薄膜所包括的镍钴锰酸锂和三氟甲磺酸锂的质量比为1:0、1:1、0:1。

试验对象三：锂离子电池包括的固体电解质为复合固体电解质1，其包括的电解质材料为三氟甲磺酸锂，正极材料为镍钴锰酸锂，同时还包括聚氧化乙烯，聚氧化乙烯的质量是电解质材料和正极材料总质量的二倍。该复合固体电解质1包括五层复合薄膜，按照正极材料的含量由高到低，五层复合薄膜所包括的镍钴锰酸锂和三氟甲磺酸锂的质量比为4:0，3:1，2:2，1:3，0:4。

试验对象四：锂离子电池包括的固体电解质为复合固体电解质1，其包括的电解质材料为三氟甲磺酸锂，正极材料为镍钴锰酸锂，同时还包括聚氧化乙烯，聚氧化乙烯的质量是电解质材料和正极材料总质量的二倍。该复合固体电解质1包括十一层复合薄膜，按照正极材料的含量由高到低，十一层复合薄膜所包括的镍钴锰酸锂和三氟甲磺酸锂的质量比为10:0，9:1，8:2，7:3，6:4，5:5，4:6，3:7，2:8，1:9，0:10。

二、试验方法

1、测试对象结晶化试验，试验方法：将测试对象在自然条件下保存。

2、测量试验对象所装配的电池在室温条件下的交流阻抗曲线。

3、测量试验对象所装配的电池在室温条件下的循环伏安曲线。

4、测量试验对象所装配的电池在室温条件下的倍率充放电测试曲线。

5、测量试验对象所装配的电池在室温条件下的充放电测试曲线。

三、结果分析

1、结晶化试验结果

试验对象一放置一天时，固体电解质开始出现结晶化现象(表面发白)；试验对象二放置两天，固体电解质开始出现结晶化现象(表面发白)；试验对象三放置四天，固体电解质开始出现结晶化现象(表面发白)；试验对象四放置六天，固体电解质开始出现结晶化现象(表面发白)。基于此，将试验对象一的结晶化试验结果与试验对象二至四的结晶化试验结果进行对比可以发现：在电解质材料中掺入电极材料所制备的复合固体电解质开始出现结晶化的时间比较靠后，这有效的延长所制备的复合固体电解质的保存时间，使得利用复合固体电解质装配电池具有充足的时间。将试验对象二至四的结晶化试验结果进行对比可以发现：随着掺入电极材料的梯度减小，试验对象二至四开始出现结晶化的时间越来越靠后，换句话说，通过降低掺入电极材料的梯度，能够进一步使得所制备的复合固体电解质开始出现结晶化的时间靠后。

2、交流阻抗曲线分析

图5、图9、图12和图15可以看出：对于试验对象一，电化学工作站测得的固体电解质的电导率为6×10^-7S/cm。对于试验对象二，电化学工作站测得的固体电解质的电导率为9×10^-7S/cm。对于试验对象三，电化学工作站测得的固体电解质的电导率为1.2×10^-6S/cm。对于试验对象四，电化学工作站测得的固体电解质的电导率为3×10^-6S/cm。基于此，将试验对象一的电导率测试结果与试验对象二至四的电导率测试结果进行对比可以发现：在电解质材料中掺入电极材料，可有效降低所制备的复合固体电解质的电导率，使得这些固体电解质装配成的电池的内阻降低，这也间接的反映了活性离子在电解质材料与电极材料两相之间的相互扩散性能比较好。而将试验对象二至四的电导率测试结果进行对比可以发现：随着掺入电极材料的梯度减小，试验对象二至四的电导率从6×10^-7S/cm上升到3×10^-6S/cm，可见，活性离子在相界面(电解质材料与电极材料的接触面)的相互扩散性能越来越好，使得实验对象二至四所装配的电池的界面阻抗依次降低。

3、循环伏安曲线分析

如图6所示，试验对象一装配成的钮扣电池的循环伏安曲线有明显的还原峰，没有明显的氧化峰。如图10所示，试验对象二装配成的钮扣电池的循环伏安曲线有明显的还原峰，没有明显的氧化峰。如图13所示，试验对象三装配成的钮扣电池的循环伏安曲线有明显的氧化还原峰。如图16所示，试验对象四装配成的钮扣电池的循环伏安曲线有明显的氧化还原峰。对比图6、图10、图13和图16可以发现：在电解质材料中掺入正极材料能够使得试验对象装配成的电池的极化现象减弱，即在电解质材料中掺入正极材料，可增加试验对象装配成的电池在充放电过程的可逆性，从而提高活性离子在电极材料与电解质材料之间的相互扩散能力。而随着电解质材料中掺入正极材料的梯度减小，试验对象二至四所装配成的电池的极化现象越来越弱，即随着电解质材料中掺入正极材料的梯度减小，试验对象装配成的电池的可逆性越来越好，而电池的可逆性也间接的反映了电极材料与电解质材料之间的离子相互扩散能力。当试验对象装配成的电池的可逆性越来越好，则电池中活性离子在电极材料与电解质材料之间的相互扩散能力也越来越好。

4、倍率充放电测试曲线分析

如图7示，室温时，试验对象一装配成的钮扣电池的充放电倍率为0.2C、0.4C、1C、2C、4C、8C时，放电克容量对应为120mAh/g、100mAh/g、85mAh/g、60mAh/g、50mAh/g、30mAh/g；充电克容量对应为138mAh/g、110mAh/g、100mAh/g、80mAh/g、50mAh/g、40mAh/g。

如图11所示，室温时，试验对象二装配成的钮扣电池的充放电倍率为0.2C、0.4C、1C、2C、4C、8C时，放电克容量对应为135mAh/g、120mAh/g、110mAh/g、90mAh/g、70mAh/g、38mAh/g；充电克容量对应为180mAh/g、128mAh/g、120mAh/g、110mAh/g、90mAh/g、58mAh/g。

如图14所示，室温时，试验对象三装配成的钮扣电池的充放电倍率为0.2C、0.4C、1C、2C、4C、8C时，放电克容量对应为150mAh/g、145mAh/g、120mAh/g、90mAh/g、70mAh/g、30mAh/g；充电克容量对应为200mAh/g、145mAh/g、130mAh/g、110mAh/g、80mAh/g、45mAh/g。

如图17所示，室温时，试验对象四装配成的钮扣电池的充放电倍率为0.2C、0.4C、1C、2C、4C、8C时，放电克容量为160mAh/g、150mAh/g、125mAh/g、105mAh/g、80mAh/g、37mAh/g；充电克容量为160mAh/g、160mAh/g、140mAh/g、120mAh/g、90mAh/g、50mAh/g。

由上可以看出：在电解质材料中掺入电极材料，使得在高电流密度下充放电，试验对象装配成的电池的容量衰减较小，这也间接证明了在充放电过程中活性离子在电极材料与电解质材料之间的相互扩散能力比较好，从而保证试验对象所装配成的电池的容量衰减较小。随着掺入电极材料的梯度减小，在高电流密度下充放电，试验对象装配成的电池的容量衰减越来越小，这也间接的证明了随着掺入电极材料的梯度减小，在充放电过程中活性离子在电极材料与电解质材料之间的相互扩散能力越来越好，从而保证试验对象所装配成的电池的容量衰减越来越小。

5、充放电测试曲线分析

从图8和图18可以看出：试验对象一所装配的电池在50mA/g下的放电容量由120mAh/g，试验对象四所装配的电池在50mA/g下的放电容量160mAh/g，可见，在电解质材料中掺入电极材料，可使得所装置配的电池在50mA/g下的放电容量由120mAh/g提高到了160mAh/g，可见，在电解质材料中掺入电极材料能够提升试验对象所装配的电池性能，这也间接的反映了在电解质材料中掺入电极材料，能够提高活性离子在电极材料与电解质材料之前的相互扩散能力，使得试验对象所装配的电池的性能得到明显提升。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种复合固体电解质，其特征在于，包括：电解质材料、和正极材料和负极材料中之一的电极材料；所述复合固体电解质所包括的电极材料的含量沿着活性离子迁移方向降低，所述复合固体电解质所包括的电解质材料的含量沿着活性离子迁移方向增加；

其中，所述复合固体电解质所包括的电极材料为正极材料，所述复合固体电解质所包括的电极材料的含量沿着充电时活性离子迁移方向逐渐降低，所述复合固体电解质所包括的电解质材料的含量沿着充电时活性离子迁移方向逐渐增加；或

所述复合固体电解质所包括的电极材料为负极材料，所述复合固体电解质所包括的电极材料的含量沿着放电时活性离子迁移方向逐渐降低，所述复合固体电解质所包括的电解质材料的含量沿着放电时活性离子迁移方向逐渐增加。

2.根据权利要求1所述的复合固体电解质，其特征在于，所述复合固体电解质包括层叠的复合薄膜；每层所述复合薄膜含有电解质材料和电极材料；各层所述复合薄膜所包括的电极材料的含量和电解质材料的含量沿着活性离子迁移方向呈现梯度变化。

3.根据权利要求2所述的复合固体电解质，其特征在于，相邻两层所述复合薄膜所含有的电极材料的含量相差2％-10％，相邻两层所述复合薄膜所含有的电解质材料的含量相差3％-10％。

4.根据权利要求2所述的复合固体电解质，其特征在于，每层所述复合薄膜的厚度为10μm-100μm。

5.根据权利要求1～4任一项所述的复合固体电解质，其特征在于，所述复合固体电解质所包括的电极材料的含量最高的位置中电极材料的含量为大于30％小于70％，所述复合固体电解质所包括的电极材料的含量最低的位置中电极材料的含量为0％-30％；所述复合固体电解质所包括的电解质材料的含量最高的位置中电极材料的含量为大于30％小于80％，所述复合固体电解质所包括的电解质材料的含量最低的位置中电极材料的含量为0％-30％。

6.一种权利要求1～5任一项所述的复合固体电解质的制备方法，其特征在于，包括：

配制不同浓度的多种复合分散液；每种所述复合分散液包括分散在溶剂中的正极材料和负极材料中之一的电极材料、和电解质材料；

利用多种复合分散液形成多个层叠在一起的复合膜层，获得复合固体电解质，使得各层所述复合膜层所包括的电极材料的含量沿着活性离子迁移方向降低，各层所述复合膜层所包括的电解质材料的含量沿着活性离子迁移方向增加。

7.根据权利要求6所述的复合固体电解质的制备方法，其特征在于，所述溶剂为乙腈、四氢呋喃、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二乙基乙酰胺中的一种或多种。

8.根据权利要求6所述的复合固体电解质的制备方法，其特征在于，所述电极材料为正极材料；所述利用多种复合分散液形成多个层叠在一起的复合膜层，获得复合固体电解质包括：

提供一正极集流体；

按照所述复合分散液所包含的电极材料含量从大到小的方式，在所述正极集流体的表面依次形成多个层叠在一起的复合液膜；

对多个层叠在一起的复合液膜进行干燥，获得作为复合固体电解质的多个层叠在一起的复合膜层。

9.根据权利要求6所述的复合固体电解质的制备方法，其特征在于，所述电极材料为负极材料；所述利用多种复合分散液形成多个层叠在一起的复合膜层，获得复合固体电解质包括：

提供一负极集流体；

按照所述复合分散液所包含的电极材料含量从大到小的方式，在所述负极集流体的表面形成多个层叠在一起的复合液膜；

对多个层叠在一起的复合液膜进行干燥，获得作为复合固体电解质的多个层叠在一起的复合膜层。

10.根据权利要求8或9所述的复合固体电解质的制备方法，其特征在于，相邻两层所述复合液膜对应的复合分散液所包括的电极材料的含量相差2％-10％，相邻两层所述复合液膜所含有的电解质材料的含量相差3％-10％。

11.一种权利要求1～5任一项所述的复合固体电解质在电池中的应用。

12.根据权利要求11所述的应用，其特征在于，所述复合固体电解质所包括的电极材料形成正极，所述电池还包括负极；所述负极与所述复合固体电解质所包括的电解质材料含量最高的位置接触；或，

所述复合固体电解质所包括的电极材料形成负极，所述电池还包括正极；所述正极与所述复合固体电解质所包括的电解质材料含量最高的位置接触。

13.根据权利要求11所述的应用，其特征在于，所述电池为铝离子电池、锂离子电池、钾离子电池、钠离子电池、镁离子电池或锂硫电池。

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