[發(fā)明專(zhuān)利]一種聚合物電解質(zhì)及其制備方法以及由其制備的全固態(tài)鋰離子電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811043351.5
• 申請(qǐng)日: 2018-09-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109301318B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉皓;洪山虎;陳軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 成都晨光博達(dá)橡塑有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M10/0565
• 分類(lèi)號(hào): H01M10/0565;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 成都天嘉專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙) 51211
• 代理人: 向丹

本發(fā)明公開(kāi)了一種聚合物電解質(zhì)及其制備方法以及由其制備的全固態(tài)鋰離子電池，聚合物電解質(zhì)采用聚合物基體和鋰鹽構(gòu)成，聚合物基體包括結(jié)構(gòu)式中含有六面體結(jié)構(gòu)的MQ硅樹(shù)脂或改性MQ硅樹(shù)脂，該聚合物電解質(zhì)溶液經(jīng)溶液澆鑄、溶液流涎或擠出流涎法制得全固態(tài)電解質(zhì)膜，再與正極材料、負(fù)極材料封裝制得全固態(tài)鋰離子電池。本發(fā)明采用MQ硅樹(shù)脂或改性MQ硅樹(shù)脂/鋰鹽組成固體電解質(zhì)材料，利用聚合物中特定的六面體結(jié)構(gòu)，使Si?O鍵與鋰離子形成配位鍵，有助于將鋰鹽錨固在六面體結(jié)構(gòu)中，同時(shí)，Si?O共軛結(jié)構(gòu)還有利于電解質(zhì)界面的穩(wěn)定，可以有效提高鋰鹽在固體電解質(zhì)中的含量和固體電解質(zhì)材料的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種聚合物電解質(zhì)及其制備方法以及由其制備的全固態(tài)鋰離子電池，具體涉及一種基于3D籠型結(jié)構(gòu)的聚合物電解質(zhì)及其制備方法以及由其制備的全固態(tài)鋰離子電池，屬于鋰離子電池材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的鋰離子電池大多為基于有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)，而有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)易泄露、易揮發(fā)，在使用和貯存過(guò)程中帶來(lái)很大的安全隱患，如手機(jī)等許多電子產(chǎn)品的爆炸大多與電池的漏液直接相關(guān)，而且液態(tài)電解質(zhì)本身的高溫不穩(wěn)定性也導(dǎo)致了鋰離子電池應(yīng)用于高溫領(lǐng)域的限制。目前，采用固態(tài)電解質(zhì)代替液態(tài)電解質(zhì)，發(fā)展全固態(tài)鋰離子電池是解決鋰電池安全隱患的重要方案之一。與傳統(tǒng)的有機(jī)液體電解質(zhì)相比，全固態(tài)聚合物電解質(zhì)材料不僅能解決現(xiàn)有液態(tài)電解質(zhì)所帶來(lái)的安全問(wèn)題，還能提高能量密度、增加循環(huán)壽命、拓寬工作溫度區(qū)域，更好地滿(mǎn)足未來(lái)電子器件輕薄、形狀靈活、安全、環(huán)保的發(fā)展要求，因此受到人們的廣泛重視。

電解質(zhì)材料是全固態(tài)鋰電池技術(shù)的核心。全固態(tài)鋰電池的電解質(zhì)材料很大程度上決定了固態(tài)鋰電池的各項(xiàng)性能參數(shù)，如功率密度、循環(huán)穩(wěn)定性、安全性能、高低溫性能以及使用壽命等。根據(jù)固態(tài)電解質(zhì)材料類(lèi)別，可以分為聚合物全固態(tài)鋰電池和無(wú)機(jī)物全固態(tài)鋰電池，不同類(lèi)型的電解質(zhì)其性能具有較大的差異。無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)離子電導(dǎo)率高，但穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度較弱；聚合物鋰雖然離子電導(dǎo)率低，但電池高溫工作性能好，基體柔軟，容易成膜，易于加工，既可以制成薄膜型，也能制成大容量型，應(yīng)用范圍廣，因而隨著材料性能提升和制造工藝的改進(jìn)，使得聚合物全固態(tài)鋰電池成為最容易也是最先實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。

聚合物固體電解質(zhì)（SPE）主要由聚合物基體和金屬鹽混合形成，由于其獨(dú)特的成膜特性，有益于制備安全、質(zhì)輕、高性能的綠色無(wú)污染電池。1973年Wright等第一次發(fā)現(xiàn)PEO和堿金屬鹽雙組分復(fù)合物的離子導(dǎo)電性能，提出了聚合物電解質(zhì)的概念。1979年Armand等證明了Wright的發(fā)現(xiàn)，并提出PEO/堿金屬鹽絡(luò)合物可作為新型可充電電池的離子導(dǎo)體，提議將SPE應(yīng)用于鋰電池中，使聚合物電解質(zhì)的研究工作進(jìn)入了一個(gè)新的階段。聚合物電解質(zhì)需要具有良好的離子傳導(dǎo)能力、電化學(xué)及熱力學(xué)穩(wěn)定性和較高機(jī)械強(qiáng)度，因?yàn)榫酆衔锘w與鋰鹽的絡(luò)合是電解質(zhì)分子研究的基礎(chǔ)，所以基體的選擇對(duì)聚合物電解質(zhì)的性能起著決定性的作用。聚合物電解質(zhì)的基體一般有聚酯、聚醚、聚胺、聚硫等體系。目前聚合物電解質(zhì)電導(dǎo)率已基本能滿(mǎn)足電動(dòng)車(chē)電源的要求，但是室溫下的電導(dǎo)率離實(shí)際應(yīng)用還尚有一定的距離。因此，如何實(shí)現(xiàn)其電學(xué)性能和力學(xué)性能方面的平衡仍是人們研究的重點(diǎn)，而利用無(wú)機(jī)—有機(jī)復(fù)合的方法，可以同時(shí)提高聚合物的電化學(xué)性能和力學(xué)性能，也是目前發(fā)展的方向之一。

現(xiàn)有專(zhuān)利文獻(xiàn)CN105762403A（基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)聚合物電解質(zhì)的全固態(tài)離子電池，2016.07.13）中公開(kāi)了一種具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的聚合物基體和鋰鹽構(gòu)成的聚合物電解質(zhì)，利用超支化/星型聚合物獨(dú)特的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以降低聚合物的結(jié)晶性能，可以將更多溶鹽能力較好的鏈段引入到聚合物結(jié)構(gòu)中，有利于聚合物電解質(zhì)導(dǎo)電率的提高，也有利于聚合物電解質(zhì)具有良好的溶解性及成膜性。