[發明專利]一種適用于高電壓正極材料的聚合物電解質及其制備方法

在審

• 申請號: 201711178524.X
• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN107946642A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 陳少杰;許曉雄;王俊燁;張秩華
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 張雪嬌,趙青朵

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種適用于高電壓正極材料的聚合物電解質及其制備方法。

背景技術

鋰離子二次電池以工作電壓高、能量密度大、循環壽命優越、無記憶效應、可快速充放電與低環境污染等諸多優勢在日常生活中廣泛應用，成為便攜式電子設備能源的首選對象。然而傳統的液態鋰離子電池由于使用大量有機溶劑電解質，有著易燃、易爆、易泄露等缺點，具有較大的安全隱患。

相比于傳統的液態鋰離子電池，基于聚合物電解質的全固態鋰離子電池在工作溫度范圍、循環效率、安全性能等方面都有卓越的提升。而基于聚環氧乙烯(PEO)類的全固態聚合物電解質作為研究最早和研究最為廣泛的全固態聚合物電解質，它具有粘彈性好、操作簡便、電化學穩定性佳、抑制鋰枝晶效果好、鋰離子遷移數良好、質量輕等優點，為鋰金屬作為電池負極材料的應用提供了較大保障。

然而大部分基于PEO類的全固態聚合物電解質所采用的正極材料只能是電化學窗口相對較窄的磷酸鐵鋰，只能在2.8～3.8V的電壓范圍內充放電，在更高電壓下會氧化不穩定，這大大限制了該類材料的應用和電池能量密度。

因此急需開發一種電化學穩定性更好，抗氧化性更強，兼具良好電導率的高分子材料，普遍適用于高充放電平臺的諸如鈷酸鋰、三元等在內的正極材料，從而拓寬正極材料的選擇范圍，實現高能量密度全固態鋰電池的大規模應用。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種電化學穩定性好的適用于高電壓正極材料的聚合物電解質及其制備方法。

本發明提供了一種聚合物電解質，由以下原料形成；所述原料包括聚氧乙烯類化合物、多環氧基團類材料與堿金屬鹽；所述聚氧乙烯類化合物包含氨基和/或羧基。

優選的，所述聚氧乙烯類化合物選自聚氧乙烯二胺、聚氧乙烯二羧酸、聚氧乙烯羧酸、聚氧乙烯胺與胺基聚氧乙烯羧酸中的一種或多種。

優選的，所述多環氧基團類材料選自三縮水甘油基異氰脲酸酯和/或八縮水甘油丙基硅氧烷；所述堿金屬鹽選自LiN(SO₂CF₃)₂、LiN(SO₂F)₂、LiClO₄、LiSO₂CF₃與LiB(C₂O₄)₂中的一種或多種。

優選的，所述聚氧乙烯類化合物中的重復單元與堿金屬鹽中金屬離子的摩爾比為(2～60)：1。

優選的，所述聚氧乙烯類化合物與多環氧基團類材料的摩爾比為(100～1)：(1～100)。

本發明還提供了一種聚合物電解質的制備方法，包括：

將聚氧乙烯類化合物、多環氧基團類材料、堿金屬鹽與有機溶劑混合加熱，得到前驅體溶液；所述聚氧乙烯類化合物包含氨基和/或羧基；

將所述前驅體溶液除去有機溶劑后，得到聚合物電解質。

優選的，所述有機溶劑選自乙腈、四氫呋喃、乙二醇二甲醚與N-甲基甲酰胺中的一種或多種；所述混合加熱的溫度為30℃～150℃；所述混合加熱的時間為30min～24h。

本發明還提供了一種改性正極，包括正極材料與設置在正極材料表面的涂層；所述涂層由上述聚合物電解質形成。

優選的，所述涂層的厚度為50nm～20μm。

本發明還提供了一種鋰離子電池，包括上述聚合物電解質。

本發明提供了一種聚合物電解質，由以下原料形成；所述原料包括聚氧乙烯類化合物、多環氧基團類材料與堿金屬鹽；所述聚氧乙烯類化合物包含氨基和/或羧基。與現有技術相比，本發明提供的聚合物電解質由聚氧乙烯類化合物、多環氧基團類材料與堿金屬鹽形成，聚氧乙烯類化合物含有活性基團，其與多環氧基團類材料發生反應，使聚合物電解質具有高抗氧化性，能夠在更寬的電化學窗口下運行，可將更多正極材料引入聚合物全固態鋰離子電池體系，并且在增加電池安全性、拓寬電化學窗口的同時，提高了電池能量密度和穩定性。

附圖說明

圖1為本發明實施例1中反應原理圖；

圖2為本發明實施例1中的原料與NPEG-TGIC電解質薄膜的紅外光譜圖；

圖3為本發明實施例1中得到的NPEG-TGIC電解質阿倫尼烏斯圖；

圖4為本發明實施例1中得到的NPEG-TGIC電解質的電化學窗口圖；

圖5為本發明實施例1中得到的電池的循環性能圖；

圖6為本發明實施例2中得到的電池的充放電曲線圖；