[發(fā)明專利]耐高電壓聚合物固態(tài)電解質(zhì)膜的制備方法及鋰離子電池的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810272553.0
• 申請(qǐng)日: 2018-03-29
• 公開（公告）號(hào): CN108539262B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹元成;程時(shí)杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢新能源研究院有限公司
• 主分類號(hào): H01M10/0565
• 分類號(hào): H01M10/0565;H01M10/058;H01M10/0525
• 代理公司: 武漢大楚知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 42257
• 代理人: 徐楊松

本發(fā)明涉及一種耐高電壓聚合物固態(tài)電解質(zhì)膜的制備方法及鋰離子電池的制備方法，將功能化HO?PPG500?OH與交聯(lián)劑NCO?PPO2300?NCO加入氯仿中，反應(yīng)第一預(yù)設(shè)時(shí)間后，倒入模具中交聯(lián)成膜。合成高交聯(lián)的聚合物固態(tài)電解質(zhì)膜，并且在聚合物固態(tài)電解質(zhì)膜中引入?NCO與?OH反應(yīng)所形成的氨基甲酸酯基團(tuán)?NHCOO?，氨基甲酸酯基團(tuán)?NHCOO?有著高介電常數(shù)和極化密度，以及整個(gè)聚合物固態(tài)電解質(zhì)膜體系內(nèi)形成強(qiáng)大的氫鍵體系，使得利用此聚合物固態(tài)電解質(zhì)膜制得的電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定窗口可達(dá)5V，電化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能有著顯著的提升，在鋰離子體系儲(chǔ)能領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及綠色儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種耐高電壓聚合物固態(tài)電解質(zhì)膜的制備方法及鋰離子電池的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池在諸多方面都展示了廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景和巨大的經(jīng)濟(jì)利益，被認(rèn)為是最好的電動(dòng)汽車動(dòng)力電源方案。但隨著人們對(duì)電動(dòng)汽車需求的不斷提升，對(duì)鋰離子電池的能量密度等方面有了更高的要求，發(fā)展更高能量密度的電池體系顯得極為迫切。然而，當(dāng)前傳統(tǒng)鋰離子電池中應(yīng)用的非水系電解液在高電壓下分解的問題極大的限制了高電壓鋰離子電池的使用。在高電壓鋰離子電池中，商業(yè)有機(jī)電解液很難在高于4.3V以上的工作電壓下保持電化學(xué)穩(wěn)定，并且在高電壓充電過程中，商業(yè)有機(jī)電解液在與電極表面接觸的界面受到過渡金屬離子的催化作用持續(xù)分解，形成過厚的鈍化層，最終導(dǎo)致電池性能大大降低。聚合物電解質(zhì)具備較高的安全性、優(yōu)越的外形設(shè)計(jì)靈活性以及更高的質(zhì)量比能量，能有效解決上述傳統(tǒng)電解液使用所帶來的問題，成為新一代鋰離子電池研究的熱點(diǎn)。

電解質(zhì)作為電池的重要組成部份，在正、負(fù)極之間起著輸送離子傳導(dǎo)電流的作用，選擇合適的電解質(zhì)也是獲得高能量密度、功率密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命和安全性能良好的鋰離子電池的關(guān)鍵。電池的初始充放電容量由于碳負(fù)極材料和電解質(zhì)的組合不同而有相當(dāng)大的差異，盡管有很多有機(jī)物、無機(jī)物和鋰鹽能夠組成電解質(zhì)，但真正能在鋰離子電池中應(yīng)用的并不多。

從實(shí)用角度出發(fā)，鋰離子電池的電解質(zhì)必須滿足以下幾點(diǎn)基本要求。

a.離子電導(dǎo)率：電解質(zhì)必需具有良好的離子導(dǎo)電性而不能具有電子導(dǎo)電性。一般溫度范圍內(nèi)，離子電導(dǎo)率要達(dá)到10^-4～2×10^-3S/cm數(shù)量級(jí)之間。

b.鋰離子遷移數(shù)：陽(yáng)離子是運(yùn)載電荷的重要工具。高的離子遷移數(shù)能減小電池在充、放電過程中電極反應(yīng)時(shí)的濃度極化，使電池產(chǎn)生高的能量密度和功率密度。較理想的鋰離子遷移數(shù)應(yīng)該接近于1。

c.穩(wěn)定性：電解質(zhì)一般存在兩個(gè)電極之間，當(dāng)電解質(zhì)與電極直接接觸時(shí)，不希望有副反應(yīng)發(fā)生，這就需要電解質(zhì)有一定的化學(xué)穩(wěn)定性。為得到一個(gè)合適的操作溫度范圍，電解質(zhì)必須具有好的熱穩(wěn)定性。另外，電解質(zhì)必須有一個(gè)0～5V的電化學(xué)穩(wěn)定窗口，以滿足高電位電極材料充放電電壓范圍內(nèi)電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定性和電極反應(yīng)的單一性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種耐高電壓聚合物固態(tài)電解質(zhì)膜的制備方法及鋰離子電池的制備方法，提高電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定窗口，使其耐高電壓。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

一種耐高電壓聚合物固態(tài)電解質(zhì)膜的制備方法，將功能化HO-PPG500-OH與交聯(lián)劑NCO-PPO2300-NCO加入氯仿中，反應(yīng)第一預(yù)設(shè)時(shí)間后，倒入模具中交聯(lián)成膜。

本發(fā)明的有益效果是：合成高交聯(lián)的聚合物固態(tài)電解質(zhì)膜，并且在聚合物固態(tài)電解質(zhì)膜中引入-NCO與-OH反應(yīng)所形成的氨基甲酸酯基團(tuán)-NHCOO-，氨基甲酸酯基團(tuán)-NHCOO-有著高介電常數(shù)和極化密度，以及整個(gè)聚合物固態(tài)電解質(zhì)膜體系內(nèi)形成強(qiáng)大的氫鍵體系，使得利用此聚合物固態(tài)電解質(zhì)膜制得的電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定窗口可達(dá)5V，電化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能有著顯著的提升，在鋰離子體系儲(chǔ)能領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。