[發明專利]一種硅氧烷基固體電解質及其制備和應用

有效

• 申請號: 201310099417.3
• 申請日: 2013-03-26
• 公開（公告）號: CN103208651A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 劉晉;李劼;林月;賴延清;張治安;賈明;袁長福;程昀;關翔
• 申請（專利權）人: 中南大學;長沙燦能能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/058
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明涉及一種硅氧烷基固體電解質及其制備和應用，屬于鋰離子電池材料制備技術及其應用領域。

背景技術

當前商品化鋰離子電池所使用的電解質主要為有機電解液，由于有機電解液易燃，使用有機電解液的鋰離子電池在使用時存在安全隱患。使用者由于對鋰離子電池安全隱患認識不足，經常出現外部短路、過充的不當使用情況，繼而引起鋰離子電池因溫度升高而燃燒，甚至爆炸，不僅給使用者造成巨大的人身傷害，而且由于這類個別事件的發生，鋰電產商不得不召回大量已售出的電池，承受巨大的經濟損失。安全問題制約著鋰離子電池產業的進一步擴展。

采用固體電解質是解決鋰離子電池安全問題的一種途徑。隨著越來越多的研究者投入到固體電解質方面的研究，逐漸顯露出其優于傳統電解液的特性，如何開發可以商業化的固態電解質成為目前研究鋰離子電池的熱點之一。其中，具有離子傳導能力的、由高聚物和鋰鹽組成的聚合物固體電解質，由于具有加工性好等特性在鋰離子電池方面引起了廣泛關注。

目前研究較多的聚合物電解質體系主要有：聚氧化乙烯（PEO）、聚丙烯腈（PAN）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氯乙烯（PVC）聚硅氧烷（PS）等幾大類。PEO是研究最早且最為廣泛的聚合物體系，但是其與鋰鹽形成的電解質電導率很低，只有10^-7～10^-6S/cm；以PAN、PMMA、PVDF、PVC與鋰鹽組成的電解質，本身雖然機械性能好但電導率不高，而且這些電解質通常采用有機電解液進行增塑，形成凝膠聚合物電解質，因此制備出來的電解質不是全固態電解質；以PS為基體制備的電解質，有較高水平的電導率。在1986年，Brocq等首次研究了將聚硅氧烷側鏈引入低聚氧化乙烯，得到聚合物的堿金屬鹽復合電解質與PEO相應鹽的電解質相比，具有較高的室溫電導率(10^-5S/cm)，但是這類以Si-O鍵相連的共聚物化學穩定性差。在前人工作基礎上，West等制備得到新型雙梳狀含低聚氧化乙烯醚，由于低聚氧化乙烯醚側基與硅氧烷主鏈之間通過Si-C鍵結合,該類型聚合物具有化學穩定性好、玻璃化轉變溫度低的優點，電解質最大電導率為4.5×10^-4S/cm。但是，單獨以硅氧烷聚合物和鋰鹽通過溶劑澆鑄法制備的聚合物固體電解質膜機械性能差。

近年來,有關新型有機硅聚合物電解質的結構、設計、合成和表征仍是該領域的熱點，并開展了較為深入的研究工作。2007年Walkowiak等通過含硅氫鍵聚硅氧烷與烯丙基三甲氧乙氧基硅烷間的硅氫加成反應制備得到了側鏈含一半三甲氧乙氧基硅丙基聚硅氧烷接枝聚合物，將其溶入六氟磷酸鋰鹽后得得到25°C下離子電導率高達10^-3S/cm的性能優異的聚合物電解質。而且，聚硅氧烷的柔韌性好，能與電極有更好的接觸，界面相容性比較好；但是，單獨以該聚合物和鋰鹽通過溶劑澆鑄法制備的聚合物固體電解質膜也同樣有機械性能差的問題。由以上分析可知，目前固體電解質的導電性、與電極的相容性以及機械性能不能很好匹配。

發明內容

針對目前固體電解質的導電性、與電極的相容性以及機械性能不能很好匹配的問題，本發明提供一種導電性、與電極的相容性以及機械性能良好的硅氧烷基固體電解質及其制備和應用。

本發明一種硅氧烷基固體電解質，其組分以質量百分比計包括：

導鋰硅氧烷聚合物30～70%；

粘接劑25～40%；

鋰鹽5～30%；

鋰鹽含量固定時，鋰鹽與導鋰硅氧烷聚合物的比例會影響電解質的力學性能與電導率；當前者比例大時，電導率提高但是力學性能變差，反之相反；保持其余兩者的比值不變，增大鋰鹽濃度，電解質力學性能變差，電導率增加，反之相反。

本發明一種硅氧烷基固體電解質，所述導鋰硅氧烷聚合物的結構式為：