[發明專利]一種固態聚合物電解質膜、其制備方法和用途

有效

• 申請號: 202010106658.6
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN113299981B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 何天賢;范偉貞;周萌;羅海英;高遠鵬;趙經緯;徐三善;徐金富
• 申請（專利權）人: 廣州天賜高新材料股份有限公司;九江天賜高新材料有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明涉及一種固態聚合物電解質膜、其制備方法和用途。所述固態聚合物電解質膜包括含氮聚合物基體，以及分散于所述含氮聚合物基體表面和內部的鋰鹽。本發明所述固態聚合物電解質膜的制備方法包括：將聚合物、鋰鹽和溶劑混合制得漿料，然后將所述漿料通過流延法制備固態聚合物電解質膜。本發明所述固態聚合物電解質膜具有離子電導率高、電化學窗口寬和鋰離子遷移率高的特點。而且力學和耐熱性能良好，能夠直接充當隔膜使用；所述制備方法工藝簡單，可工業化生產。

技術領域

本發明屬于固態電解質技術領域，具體涉及一種固態聚合物電解質膜、其制備方法和用途。

背景技術

全固態電池是未來電池技術的必然發展趨勢，而固態電解質作為全固態電池的核心材料就成為了兵家必爭之地。簡單來說，固態電解質就是一種超離子導體，在全固態電池中代替了傳統鋰離子電池中電解液和隔膜的作用，承擔著傳導離子和連接正負極的功能性作用。要實現固態電解質在全固態電池中的應用，首先要有好的固態電解質，其次要解決固態電解質和正負極的匹配性問題。離子電導率和界面問題是固態電解質的兩個最關鍵問題，而尋找綜合性能良好的固態電解質就成為了第一要務。

固態電解質由于取代了現有鋰離子電池中的有機電解液，能夠徹底解決液體電解質的易燃、易爆安全性隱患。但是，不是每一種物質都能夠成為理想的固態電解質，它是有一定條件的；多樣化的要求使得尋找固態電解質是一個持續性的話題。從1957年開始，人們就不斷尋找固態電解質；但是至今為止，仍然沒有一種稱得上是完美的固態電解質。目前的主流固態電解質分別是聚合物、氧化物和硫化物，而聚合物被認為是最容易實現固態電池的電解質方案。然而，固態聚合物電解質普遍存在著離子電導率不高問題。

CN110534803A公開了一種引入鹵化物鋰鹽的聚合物固態電解質的制備方法，所述方法向聚合物固態電解質中引入鹵化物鋰鹽來改善其鋰離子電導率。具體方法如下：在氬氣氣氛下，將聚合物固態電解質和鋰鹽溶解在乙腈溶劑中(漿料A)，同時將適量的鹵化物鹽(LiCl,LiBr,LiI)溶解在乙醇中(溶液B)；將A、B均勻混合，倒入聚四氟乙烯模具中，先在室溫下靜置8～16h，然后在30℃下干燥8～16h，最后在50℃真空干燥12～36h。但是所述方法得到的固態電解質膜離子導電率較低。

CN109546211A公開了一種復合聚合物固態電解質膜及其制備方法。所述復合聚合物固態電解質膜的制備方法包括以下步驟：(1)將無機填料、鋰鹽及至少兩種聚合物混合均勻，然后造粒，得粒料；(2)將粒料烘干，然后注塑成膜，得復合聚合物固態電解質膜。但是所述方法得到的固態電解質膜離子導電率較低。

因此，本領域需要開發出一種新型的固態電解質膜，所述固態電解質膜具有離子電導率高、電化學窗口寬和鋰離子遷移率高的優勢。

發明內容

針對現有技術中，固態聚合物電解質普遍存在著離子電導率不高的問題。本發明的目的在于提供一種固態聚合物電解質膜、其制備方法和用途，所述具有離子電導率高、電化學窗口寬和鋰離子遷移率高的特點；而且力學和耐熱性能良好。

為達上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明的目的之一在于提供一種固態聚合物電解質膜，所述固態聚合物電解質膜包括含氮聚合物基體，以及分散于所述含氮聚合物基體表面和內部的鋰鹽。

本發明選取的聚合物基體為含氮化合物，其與鋰鹽具有較高的親和力，能夠促進鋰離子的傳輸。本發明所述固態聚合物電解質膜具有離子電導率高、電化學窗口寬和鋰離子遷移率高的特點。而且力學和耐熱性能良好，能夠直接充當隔膜使用。

優選地，所述含氮聚合物基體包括乙基纖維素、氰乙基纖維素、氰乙基醋酸纖維素、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚苯并咪唑、階梯形聚苯并咪唑-苯菲咯啉二酮(BBB)和梯形苯并咪唑-苯菲咯啉二酮(BBL)中的任意一種或至少兩種的組合，優選為氰乙基醋酸纖維素和/或階梯形聚苯并咪唑-苯菲咯啉二酮。