[發明專利]一種復合固態聚合物電解質及全固態鋰電池

有效

• 申請號: 201710040922.9
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106654363B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 范麗珍;陳龍
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/0525
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

1.一種復合固態聚合物電解質，組成為：有機微納米多孔顆粒和具有導鋰能力的聚合物、鋰鹽；其特征在于：所述復合固態聚合物電解質是以有機微納米多孔顆粒為填料，有機填料與聚合物基體間具有天然的相容性；有機微納米多孔顆粒在電解質中的質量分數為1%～50 %，具有導鋰離子能力的聚合物在電解質中的質量分數為30 %～80 %，鋰鹽在電解質中的質量分數為15 %～50 %；

所述有機微納米多孔顆粒為葫蘆脲(cucurbit[n]uril, CB[n])家族；包括：CB[5]、CB[6]、CB[7]、CB[8]、CB[10] ；

所述具有導鋰離子能力的聚合物為聚醚類聚合物、聚胺類聚合物、聚硫醚類聚合物、聚丙烯酸酯類聚合物和聚丙烯腈類聚合物的一種。

2.根據權利要求1所述的復合固態聚合物電解質，其特征在于，所述鋰鹽為高氯酸鋰（LiClO₄）、六氟砷酸鋰（LiAsF₆）、四氟硼酸鋰（LiBF₄）、六氟磷酸鋰（LiPF₆）、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰（LiTFSI）、雙氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）、三氟甲基磺酸鋰（LiCF₃SO₃）、雙草酸硼酸鋰（LiBOB）、二氟草酸硼酸鋰（LiDFOB）其中的一種或幾種。

3.根據權利要求1所述的復合固態聚合物電解質，其特征在于電化學窗口達到4.2 V～5 V。

4.根據權利要求1所述的復合固態聚合物電解質，其特征在于，所述復合固態聚合物電解質與鋰基負極在60 ℃下的界面阻抗≤75 Ω。

5.如權利要求1所述的復合固態聚合物電解質的制備方法，包括熔融熱壓法和溶液澆鑄法：

熔融熱壓法：首先，在氬氣手套箱中將有機微納米多孔顆粒，具有導鋰離子能力的聚合物和鋰鹽充分混合后，在真空干燥箱中60～100 ℃放置5～12 h，然后轉移到聚四氟乙烯模具中，在40～100 ℃、1 MPa～15 MPa壓力下保壓 10 min～10 h后，得到厚度為30～100 μm的復合固態聚合物電解質；

溶液澆鑄法：首先，在氬氣手套箱中將有機微納米多孔顆粒，具有導鋰離子能力的聚合物和鋰鹽溶解在乙腈中，攪拌10～48 h 得到均勻的粘稠溶液，然后將該溶液澆鑄到聚四氟乙烯模具中，室溫干燥20～50 h，20～55 ℃真空干燥24～72 h除去殘留溶劑，得到厚度為30～100 μm的復合固態聚合物電解質。

6.一種全固態鋰電池，由正極、負極和介于正極與負極間的電解質構成，其特征在于：電解質采用權利要求1-5所述的復合固態聚合物電解質，正極包括：正極集流體、正極活性材料、正極導電劑、具有導鋰離子能力的聚合物和鋰鹽；負極為金屬鋰片、金屬鋰合金中的一種。

7.如權利要求6中所述的全固態鋰電池，其特征在于所述正極活性材料為錳酸鋰（LiMn₂O₄）、鈷酸鋰（LiCoO₂）、磷酸鐵鋰（LiFePO₄）、鎳酸鋰（LiNiO₂）、磷酸錳鐵鋰LiFe_0.2Mn_0.8PO₄、鎳錳酸鋰LiNi_0.5Mn_1.5O₄或鎳鈷錳三元材料之中的一種。