[發明專利]一種含磺酸或磷酸衍生物結構的固態聚合物電解質及其在二次鋰電池中的應用

有效

• 申請號: 201910546343.0
• 申請日: 2019-06-24
• 公開（公告）號: CN110247111B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 崔光磊;張煥瑞;徐紅霞;王鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及固態聚合物電解質，具體的說是一種含磺酸或磷酸衍生物結構的固態聚合物電解質及其在二次鋰電池中的應用。該固態電解質中的聚合物含有磺酸或磷酸衍生物結構單元，可以阻燃，降低電池熱失控風險，同時具有較寬的電化學窗口，可以應用于高電壓鋰電池。本發明也提供了上述聚合物電解質在二次鋰電池中的應用實例。

技術領域

本發明涉及二次鋰電池領域，具體的說是一種含磺酸或磷酸衍生物結構的固態聚合物電解質及其在二次鋰電池中的應用。

背景技術

鋰離子電池由于能量密度高，安全性好等優點，在移動設備、電動汽車、智能電網等領域取得了巨大發展。同時，消費市場對高能量密度鋰電池的需求日益迫切，極大推動了該領域的研究和開發。然而，近期特斯拉Model S汽車（電池組以三元材料為正極活性材料）發生的幾起嚴重的電池燃燒事故為鋰電池商業化應用敲響了警鐘。研究發現，易燃易揮發的有機電解液對電池的熱失控負有重要責任（Energy Storage Materials 2018, 10,246–267）。

為了避免電池熱失控風險，科學家們在高安全和高能量密度鋰電池的電解質開發方面進行了一些嘗試。例如在阻燃電解液方面，中國科學技術大學的陳春華教授開發了一種非燃電解質體系—高濃LiFSI的磷酸三甲酯溶液（5 M）（Chem. Commun. 2018, 54,4453-4456）。該濃鹽電解質體系不僅與石墨負極兼容性好且不腐蝕鋁集流體，還能夠抑制鋰金屬電池鋰枝晶的生長。組裝的graphite|5 M LiFSI/TMP|LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂全電池循環100圈后的放電比容量仍可達117.5 mA h/g，容量保持率為 99%。然而，這類阻燃電解液的使用，一定程度上會降低鋰電池的電化學性能。另外，固態聚合物電解質因其較高的安全性而受到科學家們廣泛的關注。例如：中國科學院青島生物能源與過程研究所崔光磊研究員將碳酸亞乙烯酯在偶氮二異丁腈引發下原位聚合制備固態聚合物電解質，組裝的LiCoO₂|Li扣式電池不僅展現了優越的倍率性能和穩定的循環性能（Adv. Sci. 2017, 4,1600377），還表現出極好的安全性。然而，固態聚合物電解質的研究雖取得了一定的進展，但是目前的性能仍然無法滿足商業化應用的要求。開發新的高安全性和高能量密度型固態聚合物電解質對鋰電池的商業化應用具有重要意義。

綜上，高安全性和高能量密度鋰電池的開發已成為科學界研究的熱點之一。文獻報道可知，易燃易揮發的商業化有機電解液是電池熱失控的重要誘因之一。雖然科學家們在固態聚合物電解質研究方面進行了很多有益探索，但是目前的性能仍然無法滿足應用需求。鑒于人們對高安全性和高能量密度鋰電池的迫切需求，新型高安全性和高能量密度型固態聚合物電解質亟待進一步開拓和發展。

發明內容

本發明的目的在于提供一種含磺酸或磷酸衍生物結構的固態聚合物電解質及其在二次鋰電池中的應用。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：一種含磺酸或磷酸衍生物結構的固態聚合物電解質，所述固態聚合物電解質中的聚合物結構中含有磺酸或磷酸衍生物結構單元。

所述固態聚合物電解質為全固態聚合物電解質或凝膠聚合物電解質。

所述聚合物為通式1中的一種或多種，

或或或

通式1