[發明專利]基于拓撲結構聚合物電解質的全固態鋰離子電池

在審

• 申請號: 201610224280.3
• 申請日: 2016-04-12
• 公開（公告）號: CN105762403A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 張遼云;王藹廉;許浩;劉旭;周倩;胡友良
• 申請（專利權）人: 中國科學院大學
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/0565
• 代理公司: 北京市中聞律師事務所 11388
• 代理人: 蔣玉

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，具體涉及一種基于拓撲結構聚合物電解質的全固態鋰離子電池。

背景技術

已經商品化的鋰離子電池大多為基于有機液態電解質的液態鋰離子電池，而有機液態電解質易泄露，易揮發的性質也極大地影響了鋰離子電池的使用壽命，也帶來很大的安全隱患，如手機等許多電子產品的爆炸大多與電池的漏液直接相關，而且液態電解質本身的高溫不穩定性也導致了鋰離子電池應用于高溫領域的限制。與傳統的有機液體電解質相比，全固態聚合物電解質材料不僅能解決現有液態電解質所帶來的問題，還能更好地滿足未來電子器件輕薄、形狀靈活、安全、環保的發展要求，因此受到人們的廣泛重視，特別是具有拓撲結構的聚合物如超支化聚合物及星型聚合物擁有良好的溶解性、成膜性、功能基團含量高、不易結晶等特點，以其為基體的聚合物電解質更有利于鋰鹽的離解和載流子的遷移，因此拓撲結構聚合物電解質被認為是理想的鋰離子電池聚合物電解質。基于拓撲結構的全固態電解質材料的全固態鋰離子電池也成為研究的熱點，是鋰離子電池發展的必然方向之一。

發明內容

針對上述問題，本發明提供一種拓撲結構聚合物電解質的全固態鋰離子電池。

為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：

一種基于拓撲結構聚合物電解質的全固態鋰離子電池，由正極材料、拓撲結構聚合物電解質以及負極材料依次放置封裝構成構成；

所述的電解質由固態的具有拓撲結構的聚合物基體、鋰鹽構成，所述的聚合物為超支化或星型聚合物基體；

所述的正極材料包括正極極片正極活性物質，導電添加劑及粘接劑；

所述的負極材料包括負極極片及負極活性物質。

進一步地，所述的拓撲結構聚合物電解質的基體包括超支化聚醚及其共聚物，超支化聚苯乙烯及其共聚物，超支化聚（甲基）丙烯酸酯類及其共聚物，超支化聚酰胺及其共聚物，超支化聚酯及其共聚物，超支化聚碳酸酯及其共聚物、超支化聚磷腈及其共聚物、超支化聚磷酸酯及其共聚物、超支化聚丙烯亞胺、聚硅氧烷及其共聚物、超支化聚氨酯及其共聚物、超支化聚醚酯及其共聚物以及苯環、環硅氧烷、環三聚膦腈分別為核的星型聚合物、超支化聚醚及其共聚物為核的星型聚合物、超支化聚酰胺為及其共聚物核的星型聚合物、超支化聚酯及其共聚物為核的星型聚合物、超支化聚醚酯及其共聚物為核的星型聚合物、超支化聚碳酸酯及其共聚物為核的星型聚合物、超支化聚磷腈及其共聚物為核的星型聚合物、超支化聚磷酸酯及其共聚物為核的星型聚合物、超支化聚丙烯亞胺為核的星型聚合物、超支化聚硅氧烷及其共聚物為核的星型聚合物、超支化聚氨酯及其共聚物為核的星型聚合物。

進一步地，所述的拓撲結構聚合物電解質的鋰鹽為高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、六氟砷酸鋰、四氟硼酸鋰、二草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、三氟甲基磺酸鋰和雙三氟甲基磺酰亞胺鋰中的一種；所述鋰鹽用量為聚合物基體質量的5~95%。

進一步地，所述的拓撲結構聚合物電解質還包括無機納米粒子、納米纖維中的一種或幾種，所述無機物質的加入量為聚合物基體質量的0.1~80%；

無機納米粒子包括納米二氧化硅，納米二氧化鈦、納米氧化鋁、ZrO2、Li3N、LiAlO2、BaTiO3、碳納米顆粒和富勒烯；

納米纖維包括單臂碳納米管、多壁碳納米管、納米纖維素和碳納米纖維。

進一步地，所述的超支化或星形聚合物電解質還可添加的線性或支化聚合物包括聚醚，聚二氧戊環，聚己內酯，聚磷腈、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚酯、聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯，聚六氟丙烯或它們的相應嵌段共聚物或接枝聚合物。

進一步地，所述的聚合物電解質通過溶液澆鑄法制得。

進一步地，所述的正極材料的活性物質包括無機材料的磷酸鐵鋰，硅酸鐵鋰，鈷酸鋰，鎳酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳三元材料，以及聚合物材料自由基聚合物，導電聚合物，有機多硫聚合物，多骨架碳硫聚合物、共軛羰基聚合物。

進一步地，所述的正極材料的粘接劑包括聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯，海藻酸鈉，聚環氧乙烷，聚乙二醇、聚乙烯醇、羧酸甲基纖維素鈉配合丁苯橡膠、聚丙烯酸酯類；所述的粘接劑占正極材料的1%~20%wt

進一步地，所述的正極材料的導電添加劑包括導電炭黑，石墨烯，導電乙炔，富勒烯，碳納米管；所述的導電添加劑占正極材料的0%~20%wt。

進一步地，所述的負極材料包括鋰金屬及其合金，石墨烯等碳基材料，碳硅復合材料、錫基材料。