[發明專利]全固態復合型聚合物電解質及其制備方法、鋰離子電池

在審

• 申請號: 201910707474.2
• 申請日: 2019-08-01
• 公開（公告）號: CN110429344A
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 宋阿敏;賀明輝;黃科程
• 申請（專利權）人: 深圳市比克動力電池有限公司
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 許青華

本發明公開了全固態復合型聚合物電解質及其制備方法、鋰離子電池，包括如下步驟：S1.相轉化法制備聚合物基質膜，所述聚合物基質膜具有若干緊密排列的垂直通孔；S2.將無機粉料、鋰鹽、第二聚合物以及適量助劑逐步加入溶劑中，在充滿氬氣的手套箱內攪拌均勻，得到聚合物電解質；隨后在控制水分、氧分的環境中將所述聚合物電解質刮涂成膜，于室溫靜置后進行真空干燥，即得到聚合物電解質薄層；S3.將S2制得的聚合物電解質薄層置于S1中聚合物基質膜的上部，在100?350℃的真空烘箱中將所述聚合物電解質熔化熱壓入聚合物基質膜的垂直通孔中。該全固態復合型聚合物電解質室溫電導率高、界面接觸優良、具有高模量、高電壓窗口，而且制備簡單，成本低廉。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，特別是涉及了全固態復合型聚合物電解質及其制備方法、鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池又稱鋰二次電池，是一種可充電二次電源，具有比能量高、電性能優良、可以制成多種形狀等特點，廣泛地應用于移動電話、電動汽車、筆記本電腦、照相/攝相等需要便攜式電源的領域。隨著相關產業的需求的持續增長，鋰離子電池材料和技術正處于迅速發展的階段。提高鋰離子電池的安全性、能量密度和使用長壽命是的高性能鋰電池的發展方向。在鋰離子電池的核心材料與技術中，電極間電解質體系的種類和性能對電池結構與制作技術、電池的內阻、充放電電流密度、充放電循環特性、離子電導率、電化學窗口、不漏液與抗過充放電安全性等方面具有決定性影響，是鋰離子電池的關鍵和核心之一。

液態電解質鋰離子電池最初由SONY公司在1991年推向市場，目前國內外已大量生產并應用于各種便攜電子設備中。液態電解質滿足了鋰離子電池低內阻、高充電速率的要求。但液態電解質多為鋰鹽溶解于有機溶劑，通常具有強揮發性、易燃、易爆性，盡管從材料、電極、電芯、模組、電源管理、熱管理、系統設計等各個層面采取了多種改進措施，安全性問題依然很突出，熱失控難以徹底避免。

凝膠聚合物電解質雖然可以吸附液態電解液，但其安全性能仍無法得到保障。

為了徹底解決液態電解質鋰離子電池和凝膠聚合物電解質存在的安全問題，用全固態電解質制備得到的全固態鋰離子電池是下一代鋰離子電池的重要發展方向之一。與傳統液態電解質鋰離子電池與凝膠聚合物電解質相比，其優勢主要有：1）完全沒有液體存在，消除了電池易燃、易爆的安全問題；2）無需封裝液體，電池組裝和密封變得簡單，一定程度提高了生產效率和能量密度；3）可以疊加多個電極，有望制備大電壓單體電池。由于全固態電池的這些優點，吸引了世界各國科研團隊的目光。

當前全固態電解質的研究主要集中在3大類材料：聚合物、氧化物和硫化物。聚合物安全性高、環境友好，但是室溫離子電導率過低，電化學穩定性窗口窄，故應用范圍較窄。氧化物室溫離子導電性尚可，但質硬且脆、不易加工，且與電極間接觸性較差，室溫下基本不能工作。硫化物室溫離子電導率優異，但制備、使用環境要求嚴格，成本高昂。綜上，現有技術難以獲得性能優良（離子傳輸與界面接觸）、制備簡單、成本低廉、應用廣泛的全固態電解質。

發明內容

為了彌補已有技術的缺陷，本發明提供全固態復合型聚合物電解質及其制備方法、鋰離子電池，該全固態復合型聚合物電解質不但室溫電導率高、界面接觸優良、具有高模量、高電壓窗口，而且制備簡單，成本低廉，促進安全、高性能、低成本鋰離子電池技術的發展。

本發明所要解決的技術問題通過以下技術方案予以實現：

全固態復合型聚合物電解質的制備方法，包括如下步驟：

S1.制備聚合物基質膜：將第一聚合物與溶劑均勻混合后，采用相轉化法制成薄膜，即得到具有若干緊密排列的垂直通孔的聚合物基質膜；

S2. 制備聚合物電解質薄層：將無機粉料、鋰鹽、第二聚合物以及適量助劑逐步加入溶劑中，在充滿氬氣的手套箱內攪拌形成聚合物電解質，隨后在控制水分、氧分的環境中將所述聚合物電解質刮涂成膜，于室溫靜置后進行真空干燥，即得到聚合物電解質薄層；