[發(fā)明專利]一種聚合物基電解質(zhì)及其制備方法和固態(tài)電池

有效

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• 申請日: 2019-11-22
• 公開（公告）號: CN112838267B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設計）人: 姬迎亮;廖華平;周時國;溫新鴿;李帥鵬;張二勇
• 申請（專利權(quán)）人: 鄭州宇通集團有限公司;宇通客車股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/058;H01M10/0525;C08F283/00;C08F218/00;C08F220/28
• 代理公司: 鄭州睿信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 胡云飛;郭佳效

本發(fā)明涉及一種聚合物基電解質(zhì)及其制備方法和固態(tài)電池，屬于鋰離子電池領域。該聚合物基電解質(zhì)包括由第一聚合單體與第二聚合單體通過碳碳雙鍵聚合的聚合物基體，以及分散在聚合物基體中的鋰鹽；所述第一聚合單體占第二聚合單體重量的0.01％～10％；所述第一聚合單體為端部具有含碳碳雙鍵基團的聚氨酯低聚物，分子量為1000～20000；所述第二聚合單體包括丙烯酸酯類單體和碳酸酯類單體。本發(fā)明提供的聚合物基電解質(zhì)，具有較高的室溫離子電導率、較高的電化學窗口、較高的氧化電位，可應用于高電壓三元正極材料體系中。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于聚合物電解質(zhì)領域，具體涉及一種聚合物基電解質(zhì)及其制備方法和固態(tài)電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長、輸出電壓高、無記憶效應、可循環(huán)利用、對環(huán)境友好等優(yōu)點而被廣泛應用。近年來，新能源汽車等領域的發(fā)展，對鋰離子電池提出了更高的要求，特別是高功率、高能量密度、高安全性能的電池亟待開發(fā)。目前商業(yè)化的鋰離子電池普遍采用高度易燃、易爆、易揮發(fā)的有機電解液成分，存在極高的安全隱患。采用不含任何有機液體的全固態(tài)電解質(zhì)替代含有高度易燃的有機液體的電解液是解決電池安全問題的重要途徑。

目前，研究較多的全固態(tài)電解質(zhì)主要有聚合物基電解質(zhì)、無機氧化物電解質(zhì)、硫化物電解質(zhì)以及有機-無機復合電解質(zhì)。其中，聚合物基電解質(zhì)質(zhì)量輕；成膜性能優(yōu)異，柔韌性好，有利于制成各種形狀的柔性電池；粘彈性相對較好，有利于克服電極與電解質(zhì)界面接觸不良問題和電極反應過程中引起的體積變化問題；聚合物結(jié)構(gòu)可進行自主設計，有利于采用化學或物理方法進行改性以滿足各種用途的要求等特點而被廣泛研究。聚合物基電解質(zhì)在鋰離子電池中的應用，能夠有效地減輕電池的重量，有利于電池能量密度的提升；并且聚合物電解質(zhì)的成膜性能好，易于成膜加工，有利于制成毫米及微米級別的薄膜，可以制造成薄膜電池；另外，聚合物基電解質(zhì)粘彈性好，具有界面優(yōu)勢，不含任何易揮發(fā)的、易燃的有機液體，能夠克服電池因漏液所引發(fā)的安全性問題。

公布號為CN106992311A的中國發(fā)明專利申請公開了一種全固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜及其制備方法，其是將PEO或PEO-PMMA聚合物基體和鋰鹽溶于有機溶劑，加入納米填充物、增塑劑，加熱攪拌，混合均勻得到粘液，然后進行溶液澆注、流延成膜。這類含有大量烷氧基鏈段的聚合物電解質(zhì)，在室溫下的結(jié)晶的比較高，室溫離子電導率低(10^-6S/cm～10^-8S/cm)，電化學窗口不高(3.8V Li+/Li)，不耐高電壓，無法應用于三元材料體系中，并且這類聚合物電解質(zhì)機械強度不高，大大限制了其的使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種聚合物基電解質(zhì)，以解決現(xiàn)有聚合物電解質(zhì)的室溫離子電導率低、氧化電位比較低(即不耐高電壓)的問題。

本發(fā)明的第二個目的在于提供一種聚合物基電解質(zhì)的制備方法，以解決現(xiàn)有方法制備的聚合物電解質(zhì)存在的機械強度差、室溫離子電導率低、不耐高電壓的問題。

本發(fā)明的第三個目的在于提供一種固態(tài)電池，以解決現(xiàn)有固態(tài)電池的安全性差、能量密度低的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的聚合物基電解質(zhì)的技術(shù)方案是：

一種聚合物基電解質(zhì)，包括由第一聚合單體與第二聚合單體通過碳碳雙鍵聚合的聚合物基體，以及分散在聚合物基體中的鋰鹽；

所述第一聚合單體占第二聚合單體重量的0.01％～10％；

所述第一聚合單體為端部具有含碳碳雙鍵基團的聚氨酯低聚物，分子量為1000～20000；

所述第二聚合單體包括丙烯酸酯類單體和碳酸酯類單體，所述丙烯酸酯類單體如式(1)所示：

式(1)中，R₄為氫或甲基，R₅為C1～C4的烷基、C1～C4的氟代烷基或苯基，p為1～30；