梯度复合固态电解质及其制备方法和固态锂电池

1.一种梯度复合固态电解质，其特征在于，所述复合固态电解质包括至少三层叠加的膜层，所述膜层的组成包括高分子聚合物、锂盐和快离子导体；所述快离子导体的浓度沿着从正膜层到中间膜层再到负膜层的方向呈梯度递增变化；所述高分子聚合物的浓度沿着从所述正膜层到所述中间膜层再到所述负膜层的方向呈梯度递减变化；其中，与正极接触的正膜层中的快离子导体的通式为Li 1+γ Al γ Ti 2-γ (PO 4 ) 3 和/或Li 1+δ Al δ Ge 2-δ (PO 4 ) 3 ，其中0<γ<2，0<δ<2；且在与正极接触的正膜层中，所述高分子聚合物的含量为55-70重量份，所述锂盐的含量为20-35重量份，所述快离子导体的含量为5-20重量份，且所述高分子聚合物、所述锂盐和所述快离子导体的总含量为100重量份；其中，所述中间膜层中的快离子导体的通式选自Li 1+γ Al γ Ti 2-γ (PO 4 ) 3 、Li 1+δ Al δ Ge 2-δ (PO 4 ) 3 和Li 7-2α-β M α La 3 Zr 2-β N β O 12 中的一种或多种，其中0<γ<2，0<δ<2，0≤α<3、0≤β<2，M选自Ge或Al，N选自Nb、Ta、Te或W；且在中间膜层中，所述高分子聚合物的含量为30-55重量份，所述锂盐的含量为8-25重量份，所述快离子导体的含量为30-60重量份，且所述高分子聚合物、所述锂盐和所述快离子导体的总含量为100重量份；其中，与负极接触的负膜层中的快离子导体的通式为Li 7-2α-β M α La 3 Zr 2-β N β O 12 ，其中，0≤α<3、0≤β<2，M选自Ge或Al，N选自Nb、Ta、Te或W；且在与负极接触的负膜层中，所述高分子聚合物的含量为14-30重量份，所述锂盐的含量为5-20重量份，所述快离子导体的含量为50-80重量份，且所述高分子聚合物、所述锂盐和所述快离子导体的总含量为100重量份。 2.根据权利要求1所述的梯度复合固态电解质，所述中间膜层包括n个膜层，其中，n≥1。 3.根据权利要求2所述的梯度复合固态电解质，其中，n为1-4的整数。 4.根据权利要求1所述的梯度复合固态电解质，其中，所述高分子聚合物选自聚丙烯腈、聚偏氟二乙烯、聚氧化乙烯、聚甲丙烯酸甲酯、聚丙烯酰胺、聚碳酸丙烯酯和聚碳酸乙烯酯中的一种或多种。 5.根据权利要求1所述的梯度复合固态电解质，其中，在与正极接触的正膜层中，所述高分子聚合物选自聚丙烯腈、聚偏氟二乙烯和低分子量聚氧化乙烯中的一种或多种，其中，所述低分子量聚氧化乙烯的重均分子量为5万-100万。 6.根据权利要求1所述的梯度复合固态电解质，其中，所述锂盐选自六氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂和三氟甲磺酸锂中的一种或多种。 7.根据权利要求1所述的梯度复合固态电解质，其中，所述膜层的厚度为5-100μm。 8.根据权利要求7所述的梯度复合固态电解质，其中，所述膜层的厚度为10-60μm。 9.一种权利要求1-8中任意一项所述的梯度复合固态电解质的制备方法，其特征在于，该方法包括：（1）将高分子聚合物、锂盐和快离子导体分散到溶剂中配成至少三种电解质浆料；（2）按照所述电解质浆料中所述快离子导体的浓度的梯度连续变化，将所述电解质浆料在基材表面上依次叠加地涂覆。 10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述溶剂选自乙腈、N,N二甲基甲酰胺、N,N二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、丙酮、丁酮、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、甲苯、二甲苯、甲基乙基酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、二氧六环、乙酸乙酯、甲酸甲酯、氯仿、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸、丙烯酸、氯乙酸、乙二醇、甘油和水中的一种或多种。 11.一种固态锂电池，所述固态锂电池包括正极、固态电解质和负极，其特征在于，所述固态电解质为权利要求1-8中任意一项所述的梯度复合固态电解质。