[發明專利]固態電解質、固態鋰離子電池及其制備方法

有效

• 申請號: 202010104857.3
• 申請日: 2020-02-20
• 公開（公告）號: CN111193066B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 顧圓春;劉光燁
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 青島聯智專利商標事務所有限公司 37101
• 代理人: 李升娟

本發明公開了一種固態電解質、固態鋰離子電池及其制備方法，所述固態電解質由摩爾比為8?10：1?2：2?3：1?2的聚環氧乙烷、雙三氟甲基磺酰亞胺、支鏈聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅在光引發下交聯而成的四元固態聚合物電解質，為適配于4V高電壓正極材料的固態電解質。所述固態鋰離子電池包括由封裝膜封裝而成的4V級彈性正極層、固態電解質層和彈性負極層，為具有4V高電壓輸出的彈性固態鋰離子電池。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體地說，是涉及固態電解質、固態鋰離子電池及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池(LIBs)已經成功占領了電子類產品市場，但在電動汽車(EV)領域的性能卻遠遠不能令人滿意，主要是因為LIBs在滿足高能量密度需求的同時，安全問題仍然是首要問題。頻發的電動汽車起火事故引起了對人們對LIBs相當大的擔憂。電池安全問題是由不同的原因引發的，如過充電、濫用、電池內部或外部短路等，但這些多多少少都與鋰離子電池使用易揮發、易燃和有毒的液態有機碳酸鹽基電解質有關。

相對傳統的液態有機碳酸鹽基電解質，固態聚合物電解質具有一些明顯的優勢，主要表現在非揮發性、低可燃性、無電解質泄漏、易加工和機械強度高等方面。而且，固態聚合物電解質可以使用金屬鋰作為負極，從而表現出較高的能量密度。因此，在電動汽車中采用具有固態聚合物電解質的固態鋰離子電池將能夠有效解決電動汽車的安全性問題。

到目前為止，在許多固態聚合物電解質當中，聚環氧乙烷(PEO)是被研究最多的一種，而且實際生活當中上也有應用。然而，PEO的最高占據分子軌道(HOMO) 相當低，導致環氧乙烷鏈高壓氧化穩定性差。所以，基于PEO的固態聚合物電解質基本只能限于3 V級正極材料，因此，所制備的固態鋰離子電池電壓低，難以組裝成適用于電動汽車的高功率電池，限制了固態鋰離子電池在電動汽車領域的應用。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種適配于4V高電壓正極材料的固態電解質及其制備方法。

為實現上述發明目的，本發明采用下述技術方案予以實現：

一種固態電解質，所述固態電解質是由摩爾比為8-10：1-2：2-3：1-2的聚環氧乙烷、雙三氟甲基磺酰亞胺、支鏈聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅在光引發下交聯而成的四元固態聚合物電解質。

一種制備固態電解質的方法，所述方法包括：

將二苯甲酮溶于預干燥處理后的支鏈聚甲基丙烯酸甲酯中，獲得質量分數為5-10%的溶液，攪拌并靜置一定時間，形成二苯甲酮/支鏈聚甲基丙烯酸甲酯溶液；

將預干燥處理后的聚環氧乙烷、雙三氟甲基磺酰亞胺粉體及二氧化硅粉體混合均勻，形成初級混合物，將所述二苯甲酮/支鏈聚甲基丙烯酸甲酯溶液加入至所述初級混合物中，形成糊狀混合物；所述糊狀混合物中，聚環氧乙烷、雙三氟甲基磺酰亞胺、支鏈聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅的摩爾比為8-10：1-2：2-3：1-2；

將所述糊狀混合物真空密封，在90-120℃下靜置一定時間，獲得具有凝膠態聚環氧乙烷的混合物；

將所述具有凝膠態聚環氧乙烷的混合物夾于兩層聚脂薄膜之間，在90-120℃下熱壓，獲得電解質膜；

用紫外燈照射所述電解質膜，聚環氧乙烷、雙三氟甲基磺酰亞胺、支鏈聚甲基丙烯酸甲酯、及二氧化硅在光引發下交聯，形成四元固態聚合物電解質；所述紫外燈的輻射功率為320-380W，光照時間為1-5min 。

本發明的目的之二是提供一種具有4V高電壓輸出的彈性固態鋰離子電池及其制備方法。

為實現上述發明目的，本發明采用下述技術方案予以實現：

一種固態鋰離子電池，包括由封裝膜封裝而成的4V級彈性正極層、固態電解質層和彈性負極層；