[發明專利]一種包覆固態聚合物電解質的鋰金屬負極及其制備方法

在審

• 申請號: 201810169635.2
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN108511687A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 白永平;趙彥彪;安茂忠;陳國榮;白楊;李衛東;殷曉芬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學無錫新材料研究院;無錫海特新材料研究院有限公司
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M4/1395;H01M10/0565;H01M10/058;H01M10/052;H01M10/056
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 黃立新

1.一種包覆固態聚合物電解質的鋰金屬負極，其特征在于，所述包覆固態聚合物電解質的鋰金屬負極是以金屬鋰為負極，在該金屬鋰的表面通過原位聚合包覆有固態聚合物電解質；

所述固態聚合物電解質為碳酸亞乙烯酯與聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯的聚合物、或者為碳酸亞乙烯酯及聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯與骨架單體的聚合物；

所述骨架單體為馬來酸酐、烯丙基-1,3-磺酸內酯、醋酸乙烯酯、丙烯腈、丙烯酰胺、氰基丙烯酸酯、丙烯酸鋰、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸酯衍生物中的至少一種。

2.根據權利要求1所述的鋰金屬電極，其特征在于，

在所述的碳酸亞乙烯酯與聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯共聚物中，碳酸亞乙烯酯與聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯的重量比為1:9-9:1；

在碳酸亞乙烯酯及聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯與骨架單體的共聚物中，碳酸亞乙烯酯及聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯結構單元在共聚物中的重量分數為10％-100％。

3.根據權利要求1或2所述的鋰金屬負極，其特征在于，所述聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯分子量為200-20000。

4.根據權利要求1-3中任意一項所述的鋰金屬負極，其特征在于，所述固態聚合物電解質還含有1～50wt％的無機填料及/或快離子導體。

5.根據權利要求4所述的鋰金屬負極，其特征在于，所述無機填料為二氧化硅、二氧化鈦、三氧化二鋁、氧化鋯、氧化鎳、氮化硅、氫氧化鎂、硅藻土、蒙脫土或高嶺土中的至少一種；所述快離子導體為Li₇La₃Zr₂O₁₂、Li₁₀GeP₂S₁₂、Li₃OCl_0.5Br_0.5、Li_3xLa_(2/3)-xTiO₃、Li₅La₃Ta₂O₁₂、Li₅La₃Nb₂O₁₂、Li_5.5La₃Nb_1.75In_0.25O₁₂、Li₃N-LiCl、Li₃N-LiBr、Li₃N-LiI、Li₁₄Zn(GeO₄)₄、LiZr₂(PO₄)₃、Li₃OCl、LiPON或Li₂S-M_aS_b中的至少一種，其中，0.04<x<0.14，M＝Al、Si或P，a和b的取值分別為1-3。

6.一種如權利要求1-5中任意一項所述的包覆固態聚合物電解質的鋰金屬負極的制備方法，其特征在于，包括下述步驟：

(1)將碳酸亞乙烯酯與聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯混合、或者將碳酸亞乙烯酯及聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯與骨架單體混合，制成均一液體；

(2)在步驟(1)制得的液體中加入鋰鹽，鋰鹽加入量為總重量的5～50wt％；

(3)在步驟(2)制得的液體中加入引發劑，引發劑加入量為單體重量的0.1-1％；

(4)將步驟(3)制得的混合液體涂覆在鋰金屬表面，在40-80℃溫度下，碳酸亞乙烯酯與聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、或者碳酸亞乙烯酯及聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯與骨架單體在鋰金屬表面原位聚合得到固態聚合物電解質。

7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述鋰鹽為高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、二草酸硼酸鋰、六氟砷酸鋰、四氟硼酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰和雙氟磺酰亞胺鋰中的至少一種。