[發(fā)明專利]一種包覆固態(tài)聚合物電解質(zhì)的鋰金屬負(fù)極及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810169635.2
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN108511687A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白永平;趙彥彪;安茂忠;陳國榮;白楊;李衛(wèi)東;殷曉芬
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)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(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11385
• 代理人: 黃立新

本發(fā)明公開了一種包覆固態(tài)聚合物電解質(zhì)的鋰金屬負(fù)極及其制備方法。本發(fā)明的包覆固態(tài)聚合物電解質(zhì)的鋰金屬負(fù)極，其特征在于，所述包覆固態(tài)聚合物電解質(zhì)的鋰金屬負(fù)極是以金屬鋰為負(fù)極，在該金屬鋰的表面通過原位聚合包覆有固態(tài)聚合物電解質(zhì)；所述固態(tài)聚合物電解質(zhì)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；本發(fā)明的鋰金屬負(fù)極制備簡單，室溫電導(dǎo)率高，氧化分解電位>4.8V，與鋰金屬界面穩(wěn)定性好，使用包覆該電解質(zhì)的金屬鋰負(fù)極的金屬鋰電池的循環(huán)性能明顯提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰金屬電池領(lǐng)域，具體涉及一種包覆固態(tài)聚合物電解質(zhì)的鋰金屬負(fù)極及其制備方法。

背景技術(shù)

伴隨著社會(huì)的持續(xù)進(jìn)步，人類利用的能源也在與日俱增。高效的能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換是社會(huì)進(jìn)步的動(dòng)力，而電池的出現(xiàn)和使用使人們可以更加高效和便捷的利用能源。在當(dāng)今電池技術(shù)中，鋰電池潛力巨大，然而，隨著鋰離子電池(尤其是其石墨負(fù)極)的實(shí)際能量密度逐漸接近于其理論極限值，迫切需要更加高效的電極材料以滿足新興的高端儲(chǔ)能器件發(fā)展的需求。鋰金屬負(fù)極以其極高的理論容量(3860mAh·g^-1)和最負(fù)的電勢(-3.040V vs標(biāo)準(zhǔn)氫電極)而被稱為是“圣杯”電極，受到研究人員的極大關(guān)注。以金屬鋰為負(fù)極的鋰金屬電池，包括鋰硫電池、鋰空電池和鋰氧化物電池，表現(xiàn)出了極高的理論能量密度(鋰空電池：3500Wh·kg^-1,鋰硫電池：2600Wh·kg^-1,鋰氧化物電池：1000～1500Wh·kg^-1，目前的鋰離子電池：500～1000Wh·kg^-1)。以金屬鋰為負(fù)極的鋰金屬電池很有可能成為下一代儲(chǔ)能電池。

但是這些金屬鋰電池存在嚴(yán)重的鋰枝晶生長問題，難以穩(wěn)定循環(huán)。鋰枝晶生長會(huì)導(dǎo)致電池短路、進(jìn)而可能形成熱失控，引發(fā)潛在的著火爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。這些安全問題導(dǎo)致鋰金屬二次電池沒有實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種包覆固態(tài)聚合物電解質(zhì)的鋰金屬負(fù)極及其制備方法。

本發(fā)明的包覆固態(tài)聚合物電解質(zhì)的鋰金屬負(fù)極，其所述包覆固態(tài)聚合物電解質(zhì)的鋰金屬負(fù)極是以金屬鋰為負(fù)極，在該金屬鋰的表面通過原位聚合包覆有固態(tài)聚合物電解質(zhì)；

所述固態(tài)聚合物電解質(zhì)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(nèi)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。

其中，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(jié)構(gòu)單元在共聚物中的重量分?jǐn)?shù)為10％-100％。

其中，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(jié)構(gòu)單元在共聚物中的重量分?jǐn)?shù)優(yōu)選為75％-100％。

此外，所述聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯分子量為200-20000。

此外，所述固態(tài)聚合物電解質(zhì)還含有1～50wt％的無機(jī)填料及/或快離子導(dǎo)體。