[發(fā)明專利]一種復(fù)合固態(tài)聚合物電解質(zhì)及全固態(tài)鋰電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710040922.9
• 申請(qǐng)日: 2017-01-17
• 公開（公告）號(hào): CN106654363B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范麗珍;陳龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M10/0562
• 分類號(hào): H01M10/0562;H01M10/0525
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明公開了一種復(fù)合固態(tài)聚合物電解質(zhì)及全固態(tài)鋰電池。所述復(fù)合固態(tài)聚合物電解質(zhì)，包括：有機(jī)微納米多孔顆粒，具有導(dǎo)鋰離子能力的聚合物、鋰鹽。所述復(fù)合固態(tài)聚合物電解質(zhì)是以有機(jī)微納米多孔顆粒為填料，有機(jī)填料與聚合物基體間具有天然的相容性。本發(fā)明所述的復(fù)合固態(tài)聚合物電解質(zhì)具有高的電化學(xué)窗口(4.2～5V)，與鋰基負(fù)極材料之間具有優(yōu)異的界面穩(wěn)定性，界面阻抗小。采用本發(fā)明所述的復(fù)合固態(tài)聚合物電解質(zhì)組裝的全固態(tài)鋰電池具有良好的循環(huán)和倍率性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及固態(tài)聚合物電解質(zhì)及其制備和應(yīng)用方法。

背景技術(shù)

隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，能源供求矛盾日益尖銳。同時(shí)，由于使用以煤、石油和天然氣為代表的化石燃料而引發(fā)的空氣污染、霧霾等一系列環(huán)境問(wèn)題對(duì)人類的生存環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞。開發(fā)太陽(yáng)能，風(fēng)能和地?zé)崮艿染G色能源成為能源發(fā)展的必然趨勢(shì)。儲(chǔ)能器件也是實(shí)現(xiàn)綠色能源使用和推廣的重要前提條件。發(fā)展新型高效儲(chǔ)能器件，對(duì)于改善能源使用結(jié)構(gòu)，推動(dòng)綠色能源的發(fā)展，提高資源利用效率以及解決環(huán)境問(wèn)題等方面都有重要的戰(zhàn)略意義。鋰離子電池作為一種重要而高效的儲(chǔ)能器件，具有能量密度高、輸出功率大、電壓高、自放電小、工作溫度寬、無(wú)記憶效應(yīng)和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在手機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)車、軌道交通、大規(guī)模儲(chǔ)能和航空航天領(lǐng)域。

采用有機(jī)液體電解質(zhì)的傳統(tǒng)鋰離子電池在服役過(guò)程中，有機(jī)液體電解質(zhì)會(huì)出現(xiàn)揮發(fā)、干涸、泄露的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響電池壽命，嚴(yán)重的是傳統(tǒng)鋰離子電池在過(guò)度充電、內(nèi)部短路等異常情況下會(huì)導(dǎo)致電解液發(fā)熱而引發(fā)自燃甚至爆炸等安全事故。全固態(tài)鋰電池中的固體電解質(zhì)具有有不揮發(fā)，不可燃的特點(diǎn)，安全性能優(yōu)異。因此，以固體電解質(zhì)代替液體電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池是解決鋰離子電池安全性問(wèn)題的根本途徑。而且，固體電解質(zhì)的分解電壓比液體電解質(zhì)高近1V，僅此一項(xiàng)就能使電池單體能量密度提高達(dá)20％。已商業(yè)化的鋰二次電池是以碳材料為負(fù)極，碳材料的理論容量為372mAh g^-1，而用鋰基負(fù)極材料(鋰?yán)碚撊萘?860mAh g^-1)代替碳材料是發(fā)展高能量密度鋰電池的有效途徑。因此，研究固態(tài)電解質(zhì)與鋰基負(fù)極間的界面相容性成為發(fā)展高能量密度鋰電池的關(guān)鍵問(wèn)題。目前，復(fù)合固態(tài)聚合物電解質(zhì)多數(shù)是通過(guò)添加無(wú)機(jī)填料對(duì)聚合物電解質(zhì)進(jìn)行改性，但是，無(wú)機(jī)填料與聚合物基體間的兼容性問(wèn)題有待提高，填料在聚合物基體中容易發(fā)生團(tuán)聚，影響電解質(zhì)性能發(fā)揮。相關(guān)專利技術(shù)有：CN 105655635A公開了以納米陶瓷顆粒、導(dǎo)鋰聚合物和鋰鹽混合制備了復(fù)合固體聚合物電解質(zhì)；CN 101454929A公開了改性的無(wú)機(jī)納米粒子增強(qiáng)聚氧化乙烯(PEO)/LiClO₄的復(fù)合固態(tài)聚合物電解質(zhì)；CN 102709597A公開了一種由納米無(wú)機(jī)填料、二甲基硅氧烷-環(huán)氧乙烷共聚物和鋰鹽混合制備的復(fù)合全固態(tài)電解質(zhì)。CN 101577349A公開了聚乙烯亞胺，聚環(huán)氧乙烷，檸檬酸，鋰鹽和填料混合制備的全固態(tài)聚合物電解質(zhì)。CN104538670A公開了一種由離子液體、無(wú)機(jī)納米粒子、聚環(huán)氧乙烷和鋰鹽混合制備的全固態(tài)聚合物電解質(zhì)。CN107487189A公開了使用羧基丁腈橡膠、硫化劑、鋰鹽、1-羧甲基-3-甲基咪唑雙三氟甲烷磺酰亞胺鹽與介孔二氧化硅的復(fù)合物制備復(fù)合全固態(tài)聚合物電解質(zhì)。以上專利均使用無(wú)機(jī)納米顆粒作為復(fù)合固態(tài)聚合物電解質(zhì)填料，電解質(zhì)本身的離子電導(dǎo)率和機(jī)械性能都有了改善，但是，對(duì)于解決固態(tài)電解質(zhì)與鋰基負(fù)極相容性問(wèn)題的研究較少。相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，Journalof the Electrochemical Society,2015,162(4):A704-A710.報(bào)道了以無(wú)機(jī)填料磷酸鍺鋁鋰(LAGP)、聚氧化乙烯和鋰鹽混合制備復(fù)合全固態(tài)電解質(zhì)，55℃下界面阻抗穩(wěn)定在200Ω。Journal of Power Sources,2010,195(195):6847-6853以納米無(wú)機(jī)填料SiO₂、聚氧化乙烯和鋰鹽混合制備復(fù)合全固態(tài)電解質(zhì)，60℃下界面阻抗穩(wěn)定在87.6Ω。但是，以上文獻(xiàn)仍是以無(wú)機(jī)物為填料改善電解質(zhì)與鋰基負(fù)極的相容性。對(duì)于以有機(jī)填料改善固態(tài)電解質(zhì)與鋰基負(fù)極相容性問(wèn)題的相關(guān)性報(bào)道還較少。