[發明專利]復合固體聚合物電解質膜及其制備方法及聚合物鋰電池

在審

• 申請號: 201410632564.7
• 申請日: 2014-11-11
• 公開（公告）號: CN105655635A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 洪響;鐘開富;江德順;湛英杰;趙新風
• 申請（專利權）人: 寧德時代新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 張向琨

技術領域

本發明涉及電池技術領域，尤其涉及一種復合固體聚合物電解質膜及其 制備方法及聚合物鋰電池。

背景技術

由于鋰離子電池具有較高的能量密度，其已在消費類電子產品以及電動 汽車和儲能電站中得到廣泛應用。傳統鋰離子電池使用小分子有機溶劑的鋰 鹽溶液作為電解質，其較高的電導率有利于鋰離子在正負極間的傳輸，然而 由于這些小分子有機溶劑具有揮發性和易燃性，其成為鋰離子電池最嚴重的 安全隱患。

為解決這些問題，一系列針對鋰離子電池的全固態電解質被陸續開發出 來。這些固態電解質包括無機固態電解質以及聚合物固態電解質。無機固態 電解質的室溫電導率較高，甚至可以超過傳統液態電解質。然而由于其具有 較弱的機械加工性能，它們很難被加工成可用于鋰離子電池的電解質薄膜。 聚合物固態電解質具有很強的可加工性，然而其較低的室溫電導率和機械強 度使其在鋰離子電池中的應用受到很大的限制。

通過與無機納米陶瓷顆粒復合，聚合物固態電解質的機械強度能大大提 高。這些無機納米陶瓷顆粒一方面能有效抑制聚合物結晶，從而降低聚合物 固態電解質的結晶度，另一方面能與鋰離子相互作用以形成新的鋰離子遷移 通道，因此聚合物固態電解質的電導率得到明顯提升。

添加無機納米陶瓷顆粒后起到的效果與其粒徑有很大關系。無機納米陶 瓷顆粒的粒徑越小，其比表面積越大，可以與聚合物固態電解質產生更為充 分的相互作用，因此，顆粒粒徑小、比表面積大的納米級顆粒較微米級顆粒 產生的效果更好。然而由于納米顆粒容易團聚，在與聚合物固態電解質復合 過程中很難得到良好的分散，因團聚而失去納米級顆粒的功效。此外，傳統 復合方法的工藝難度大，難以進行大規模推廣。

發明內容

鑒于背景技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種復合固體聚合 物電解質膜及其制備方法及聚合物鋰電池，所述復合固體聚合物電解質膜具 有較高的鋰離子電導率和機械強度。

本發明的另一目的在于提供一種復合固體聚合物電解質膜及其制備方 法及聚合物鋰電池，其中所述復合固體聚合物電解質膜的制備工藝簡單，便 于進行大規模生產。

本發明的再一目的在于提供一種復合固體聚合物電解質膜及其制備方 法及聚合物鋰電池，其中所述聚合物鋰電池具有更高的倍率性能和循環性 能。

為了實現上述目的，在本發明的第一方面，本發明提供了一種復合固體 聚合物電解質膜，其包括：納米陶瓷顆粒；以及聚合物固態電解質，包括具 有導鋰離子能力的聚合物、鋰鹽。所述復合固體聚合物電解質由所述納米陶 瓷顆粒在所述聚合物固態電解質上原位生成。

在本發明的第二方面，本發明提供了一種復合固體聚合物電解質膜的制 備方法，用于制備本發明第一方面所述的復合固體聚合物電解質膜，包括步 驟：(a)將具有導鋰離子能力的聚合物以及鋰鹽分散于納米陶瓷顆粒的前 驅體的水溶液中或有機溶劑中，得到第一溶液；(b)在攪拌下，向第一溶 液中加入催化劑，之后在25℃～70℃下反應1h～10h形成分散均勻的復合固體 聚合物電解質漿料，干燥后得到復合固體聚合物電解質膜，其中，催化劑的 質量為納米陶瓷顆粒的前驅體的質量的1％～50％，納米陶瓷顆粒的前驅體與 催化劑反應后在所述聚合物固態電解質上原位生成納米陶瓷顆粒。

在本發明的第三方面，本發明提供了一種聚合物鋰電池，其包括：正極 片，包括正極集流體和設置于正極集流體上且包含正極活性材料、正極導電 劑、聚合物固態電解質的正極膜片；負極片；以及復合固體聚合物電解質膜， 間隔于正極片和負極片之間。其中，所述復合固體聚合物電解質膜為根據本 發明第一方面所述的復合固體聚合物電解質膜。

相對于現有技術，本發明的有益效果如下：

本發明的復合固體聚合物電解質膜具有較高的鋰離子電導率和機械強 度。

本發明的復合固體聚合物電解質膜的制備工藝簡單，便于進行大規模生 產。

本發明的聚合物鋰電池具有更高的倍率性能和循環性能。

具體實施方式

下面詳細說明根據本發明的復合固體聚合物電解質膜及其制備方法及 聚合物鋰電池以及實施例、對比例和測試結果。

首先說明根據本發明第一方面的復合固體聚合物電解質膜。