[發明專利]一種低溫柔性聚合物固態電解質膜的制備方法及其在低溫固體鋰離子電池中的應用

在審

• 申請號: 201811212177.2
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109411809A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 楊書廷;王秋嫻;李凱;岳紅云
• 申請（專利權）人: 河南電池研究院有限公司;河南師范大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/058;H01M10/0525
• 代理公司: 新鄉市平原智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 41139
• 代理人: 路寬

本發明公開了一種低溫柔性聚合物固態電解質膜的制備方法及其在低溫固體鋰離子電池中的應用，屬于固體鋰離子電池技術領域。本發明的技術方案要點為：將聚合物質量5%~20%的鋰鹽和聚合物質量10%~50%的增塑劑混合后加入溶劑中并充分溶解，再將聚合物質量10%~90%的無機顆粒與溶劑混合球磨后加入到上述溶液中，所得溶液經過刮涂或流延涂覆于載體上，于60~120℃烘干后即得厚度為20~100μm的低溫柔性聚合物固態電解質膜。本發明還公開了該低溫柔性聚合物固態電解質膜在低溫固體鋰離子電池中的應用。本發明制備的低溫固態鋰離子電池中使用的聚合物固體電解質膜在低溫下具有良好的電導率和柔韌性，從而使得制備低溫下能夠高效、穩定、安全循環的固態鋰離子電池成為可能。

技術領域

本發明屬于固體鋰離子電池技術領域，具體涉及一種低溫柔性聚合物固態電解質膜的制備方法及其在低溫固體鋰離子電池中的應用。

背景技術

隨著社會的發展和進步，電動汽車及電網儲能等需求越來越迫切，開發使用溫度寬、安全性好、能量密度及功率高的電池成為必然趨勢。在各種商業化的二次充放電裝置中，最具潛力的是鋰離子電池。目前商業化的鋰離子電池主要以液態電解質為主，其主要成分包含LiPF₆、LiFSI等鋰鹽和以環狀碳酸酯（EC、PC）、鏈狀碳酸酯（DEC、DMC、EDC）、羧酸酯類（MF、MA、EA、MP等）為主的有機溶劑。液態電解質具有較高的室溫離子電導率，能夠高效地浸潤電極顆粒，因此該類電池在室溫附近具有低的電池內阻及較好的循環穩定性和倍率性能。但這類有機電解液在低溫下會發生液固轉化，導致電導率急劇下降，低溫時（-20℃以下）電池內阻會顯著增大，無法滿足低溫應用要求。此外，目前常用有機電解液體系的電化學窗口一般小于4.5V，影響高電壓正極材料的應用，限制電池能量密度的提高。

處于固態但能像液體一樣發生離子遷移的物質稱為固態電解質，由于其采用了固態結構，因此使用固態電解質代替傳統的液態電解質可以有效地解決上述問題。在固態電解質中，又分為無機固態電解質和有機固態電解質。比較兩者，有機聚合物電解質有更好的彈性、柔韌性，會減小固固接觸電阻，也更有利于加工，但其電壓窗口窄；無機顆粒通常具有較寬的電化學窗口但是加工性差、接觸阻抗大。通常采取兩者復合的方法可以提高固態電解質的電性能。但是在實際應用生產當中仍面臨著諸多問題，其中包括低溫下聚合物固態電解質電導率偏低和機械性能差的問題。

因此，尋找一種在低溫下依然可以保持高度柔韌性的固態電解質膜成為必要。使用低溫下具有較高電導率和較強機械性能的電解質膜裝配出性能良好的固態鋰離子電池這一方案也為固態電池的應用提供了新的動力。

發明內容

本發明的主要目的是解決目前固態電解質膜低溫電導率低及柔性差等問題，提供了一種低溫柔性聚合物固態電解質膜的制備方法及其在低溫固態鋰離子電池中的應用。

本發明為實現上述目的采用如下技術方案，一種低溫柔性聚合物固態電解質膜的制備方法，其特征在于具體過程為：將聚合物質量5%~20%的鋰鹽和聚合物質量10%~50%的增塑劑混合后加入溶劑中并充分溶解，再將聚合物質量10%~90%的無機顆粒與溶劑混合球磨后加入到上述溶液中，所得溶液經過刮涂或流延涂覆于載體上，于60~120℃烘干后即得厚度為20~100μm的低溫柔性聚合物固態電解質膜；

所述聚合物為改性聚氯乙烯TPE或改性聚氯乙烯TPE與聚氯乙烯PVC、聚氟乙烯PVF、聚氯乙烯PVC、丁腈橡膠NBR、改性聚氯乙烯TPE、天然橡膠NB或聚偏氟乙烯-六氟丙烯PVDF-HFP中的一種或多種的混合物；