[發明專利]單離子導體聚合物全固態電解質及包含其的鋰二次電池

在審

• 申請號: 201910271090.0
• 申請日: 2019-04-04
• 公開（公告）號: CN110611120A
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 李秀艷
• 申請（專利權）人: 李秀艷
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/058;H01M10/0525
• 代理公司: 21001 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司
• 代理人: 張晨

1.一種單離子導體聚合物全固態電解質，其特征在于：包括聚陰離子鋰鹽、基體有機聚合物和無機填料；

所述聚陰離子鋰鹽具有如通式Ⅰa、Ⅰb、Ⅰc、Ⅰd、Ⅰe、Ⅰf所示的結構：

聚陰離子鋰鹽是Ⅰa、Ⅰb、Ⅰc、Ⅰd、Ⅰe、Ⅰf中的一種或多種，其中m的取值為1000～5000。

2.按照權利要求1所述單離子導體全固態聚合物電解質，其特征在于：所述單離子導體全固態聚合物電解質的厚度為20～100μm，室溫離子電導率為2×10^-4～1.2×10^-3S/cm，電化學窗口為2.8-5.0V。

3.按照權利要求1所述單離子導體全固態聚合物電解質，其特征在于：所述的聚陰離子鋰鹽分別是由含有不飽和雙鍵的鋰鹽單體Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd、Ⅱe、Ⅱf經過自由基雙鍵聚合得到的，鋰鹽單體Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd、Ⅱe、Ⅱf具有如下式所示的結構：

4.按照權利要求1所述單離子導體全固態聚合物電解質，其特征在于，所述基體有機聚合物為：聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸亞乙烯酯、聚乙酸乙烯酯及含有不飽和雙鍵的聚氧乙烯醚中的一種，其中所述的聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸亞乙烯酯、聚乙酸乙烯酯分別是由甲基丙烯酸甲酯、碳酸亞乙烯酯、乙酸乙烯酯單體經原位聚合形成。

5.按照權利要求4所述單離子導體全固態聚合物電解質，其特征在于：所述含有不飽和雙鍵的聚氧乙烯醚是烯丙醇聚氧乙烯醚、甲基烯丙醇聚氧乙烯醚、異戊烯醇聚氧乙烯醚以及季戊四醇三烯丙醚聚氧乙烯醚中的一種，其結構分別如Ⅲa、Ⅲb、Ⅲc及Ⅲd所示：

6.按照權利要求1或4所述單離子導體全固態聚合物電解質，其特征在于：聚陰離子鋰鹽單體和基體有機聚合物單體混合后，加入過氧化二苯甲酰引發劑，形成共聚體，共聚體與無機填料共同組成單離子導體全固態聚合物電解質，所述共聚體具有如式Ⅳa、Ⅳb、Ⅳc、Ⅳd、Ⅳe、Ⅳf、Ⅳg、Ⅳh、Ⅳi、Ⅳj所示的結構：

其中，m的取值是1000～5000，n的取值是10000～50000，k的取值是1000～5000，j的取值是1000～5000，x的取值是2000～2500。

7.按照權利要求1所述單離子導體全固態聚合物電解質，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、氮化硅、硅藻土、蒙脫土和高嶺土中的一種。

8.按照權利要求1所述單離子導體全固態聚合物電解質，其特征在于，按質量百分含量計，所述單離子導體聚合物全固態電解質的組成如下：聚陰離子鋰鹽30％；基體有機聚合物60％；無機填料10％。

9.一種權利要求1所述單離子導體全固態聚合物電解質的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：

a)將含有不飽和雙鍵的鋰鹽單體溶解在基體有機聚合物單體中，并加入占總量質量分數0.5％的過氧化二苯甲酰引發劑，形成均一的預聚單體溶液；

b)在所得預聚單體溶液中加入無機填料，攪拌分散，形成均勻的濕潤的電解質復合漿料；

c)將上述漿料涂敷于鋰二次電池的正負極極片之間，并通過卷繞、熱壓合、靜置使無機填料吸附的預聚體溶液與正負極極片充分浸潤并被吸收；

d)將卷繞的電芯裝入鋁塑膜并放入烘箱中，在70℃～80℃條件下烘烤；引發劑過氧化二苯甲酰分解引發鋰鹽單體和基體有機聚合物單體溶劑的自由基共聚，形成原位聚合的含有聚陰離子鋰鹽的全固態電解質。

10.一種含有權利要求1所述單離子導體全固態聚合物電解質的全固態鋰二次電池，包括正極、負極、介于正負極間的電解質，其特征在于：所述電解質為單離子導體全固態聚合物電解質；

其中：正極活性材料為鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸鐵錳鋰、錳酸鋰、鎳錳酸鋰、三元材料、硫、硫復合物、硫酸鐵鋰、鋰離子氟磷酸鹽、鋰釩氟磷酸鹽、鋰鐵氟磷酸鹽、鋰錳氧化物中的一種；

負極活性材料為金屬鋰、金屬鋰合金、石墨、硬碳、二硫化鉬、鈦酸鋰、石墨烯、氧化銻、銻碳復合材料、錫銻復合材料、鋰鈦氧化物中的一種。