[發明專利]聚硅氧烷復合電解質、其應用及其制備方法

有效

• 申請號: 201911130692.0
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN110931850B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 劉楊;周曉宇;郭炳焜;周晶晶
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發明公開了一種聚硅氧烷復合電解質、其應用及其制備方法，該固態電解質體系由氨基?硅氧烷有機單體、高分子聚合物及鋰鹽組分，通過氨基?硅氧烷有機單體水解縮合，在電極材料表面原位聚合固化形成。本發明可使固態電解質的室溫離子電導率大于1×10^?4S cm^?1，并使其相應的固態電池可在室溫下工作。本發明復合固態電解質在電極表面原位聚合生成，不需要壓片等工藝，具有高環保、低能耗、低成本等優勢；本發明復合固態電解質制備方法簡單，工藝成熟，易于操作。本發明的聚合物固態電解質體系適合工業應用，在動力電池和儲能電池領域具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種復合電解質、其應用及其制備方法，特別是涉及一種復合固態電解質其應用及其制備方法，應用于二次鋰離子電池技術領域。

背景技術

隨著社會發展腳步的加快，人類對能源的需求和依賴不斷加大，化石能源的使用造成的污染以及溫室效應，促使著人類對清潔能源以及儲存技術的發展。電池作為儲存能源的裝置，與人類日常生活息息相關，且廣泛用于電子設備當中。由于能源緊缺和環境污染的問題的突顯，可循環使用的鋰離子電池吸引著更多的研究。隨著新能源汽車的興起，鋰離子電池將成為未來電池發展的重點，而在電池中電解質作為電池不可或缺的一部分，影響著電池的性能，該電解質和電極材料在充放電過程中容易發生副反應，導致電池容量出現不可逆衰減，同時電池在長期服役過程中，有機液體電解質會出現揮發、干涸、泄露等現象，影響電池壽命。另一方面，傳統鋰電池無法使用高能量密度的金屬鋰作為負極材料，在電池循環中，由于金屬鋰表面電流密度及鋰離子分布不均勻等因素，金屬鋰電極反復溶解、沉積容易形成不均勻的孔洞和枝晶。枝晶會刺穿隔膜，到達電池正極造成電池短路、熱失控、著火爆炸等一系列安全隱患，用固態電解質代替液體電解質是獲得高能量密度、安全性和長循環壽命的全固態鋰電池的根本途徑。全固態鋰電池可以避免液體電解質帶來的負效用，提高電池的安全性和服役壽命，而固態電解質與極片接觸不良會導致界面電阻變大，成為固態電池發展的瓶頸，常用固態電解質的室溫離子電導率為10^-6S cm-1，遠遠低于液態電解質的離子電導率。因此，固態電解質界面阻抗的降低和室溫離子電導率的提高，將會促進未來固態電池的工業應用和發展。

在傳統固態電解質中，以高分子聚合物為基體，加入鋰鹽形成固態電解質，但是由于鋰鹽的解離度低以及高分子聚合物的結晶性高，導致鋰離子在電解質中電導率較低。此外固態電解質與極片間接觸不良會導致界面電阻變大。

而經調研發現，聚硅氧烷具有抑制高分子聚合物的結晶性，從而提高電解質的電導率，例如以下兩篇文獻：

1.Ren等人(《Solid-state single-ion conducting comb-like siloxanecopolymer electrolyte with improved conductivity and electrochemical windowfor lithium batteries》J.Appl.Polym.Sci.2018,135,45848)制備出全固態電解質的常溫電導率僅為3.7×10^-5S cm^-1，而界面阻抗卻高達16000Ω，電導率較低，且表面阻抗較大，穩定性較差；

2.Zhang等人(《Advanced Polymer Electrolyte with EnhancedElectrochemical Performance for Lithium-Ion Batteries:Effect of Nitrile-Functionalized Ionic Liquid》ACS Appl.Energy Mater.2019,2,1685-1694)制備電解質的常溫電導率為3.56×10^-4S cm-1，界面阻抗為650Ω，由于電解質中存在少量液體，導致電解質的電導率較高，但是循環穩定性低，機械穩定性低；