[發明專利]一種復合型固態電解質及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201911414978.1
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN113054248B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 尤春琴;甘朝倫;王峰;徐凱辰;錢雨濤
• 申請（專利權）人: 張家港市國泰華榮化工新材料有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 周敏

本發明涉及一種復合型固態電解質，包括具有多孔結構的聚合物電解質骨架、以及儲存在所述的聚合物電解質骨架中的液態或凝膠態電解質，所述的液態或凝膠態電解質占所述的聚合物電解質骨架質量的1％～10％。本發明采用的聚合物電解質骨架具有多孔結構，可以提高離子遷移的能力，從而提升離子電導率；并且本發明在多孔骨架結構中儲存液態或凝膠態電解質，使離子的遷移多模式化，從根本上提升離子的電導率，并且本發明中液態或凝膠態電解質的添加量合適，從而使得固態電池的安全性好。

技術領域

本發明屬于電化學技術領域，具體涉及一種復合型固態電解質及其制備方法和應用。

背景技術

新能源及動力電池領域的發展對二次電池提出了更高的要求。采用固體電解質的固態電池具有高安全性、高能量密度、長循環等優點，成為當下研究的熱點。目前，固態電池研發的關鍵是制備兼具高離子電導率和高穩定性的固態電解質膜，現在的固態電解質膜普遍存在室溫離子電導率低、與正負極界面接觸較差、電解質與正負極之間的界面阻抗較大等等問題，制約其發展。因此，設計和制備兼顧高離子電導率、寬電化學窗口、與電極材料穩定兼容的固態電解質膜成為固態電池發展急需攻克的難題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種室溫離子電導率高的復合型固態電解質及其制備方法和應用。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

本發明的一個目的是提供一種復合型固態電解質，包括具有多孔結構的聚合物電解質骨架、以及儲存在所述的聚合物電解質骨架中的液態或凝膠態電解質，所述的液態或凝膠態電解質占所述的聚合物電解質骨架質量的1％～10％。

本發明的聚合物電解質具有多孔結構，一方面使其能夠作為骨架使用，另一方面使其能夠有效存儲液態或凝膠態電解質，構筑復合型固態電解質，增大離子傳輸通道，改變了離子單一的躍遷模式，使其多模式遷移，從而提升其室溫離子電導率。另外，本發明通過控制液態或凝膠態電解質相對聚合物電解質骨架的重量，在保證室溫離子電導率的同時，保證固態電解質的安全性，若液態或凝膠態電解質的占比太小，則復合型固態電解質的室溫離子電導率低，若液態或凝膠態電解質的占比太大，則復合型固態電解質類似液態電解質，從而影響電池的安全性能。

優選地，所述的聚合物電解質骨架包括含有磺酸基的聚合物。

優選地，所述的聚合物電解質骨架包括聚苯醚。

進一步優選地，所述的聚苯醚為聚苯乙烯和聚醚胺的嵌段聚合物。

本發明通過采用含有磺酸基的聚苯醚嵌段聚合物，從而進一步提高復合型固態電解質的室溫離子電導率和結構穩定性。

優選地，所述的聚合物電解質骨架還包括粘結劑，所述的粘結劑為聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯中的一種或兩種。

進一步優選地，所述的聚合物電解質骨架中聚合物和所述的粘結劑的質量比為1:2～3。

優選地，所述的液態電解質包括鋰鹽和有機溶劑，所述的鋰鹽為六氟磷酸鋰、高氯酸鋰、二(三氟甲基磺酸酰)亞胺鋰中的一種或幾種組合；所述的有機溶劑為丙三醇、乙腈、N-甲基吡咯烷酮中的一種或幾種的組合。

進一步優選地，所述的液態電解質中鋰鹽的濃度為0.7～1.5mol/L。

進一步優選地，所述的液態電解質中的有機溶劑為體積比為1:0.9～1.1的兩種有機溶劑的組合。

優選地，所述的凝膠態電解質包括二(三氟甲基磺酸酰)亞胺鋰和1-乙基-3-甲基四氟硼酸咪唑(EMIMBF₄)。

本發明優選的液態或凝膠態電解質對聚合物電解質骨架的無腐蝕性且對復合型固態電解質室溫離子電導率的提升效果好。

本發明的第二方面是提供一種所述的復合型固態電解質的制備方法，包括如下步驟：