[發(fā)明專利]一種半互穿網(wǎng)絡(luò)阻燃固態(tài)鋰離子電解質(zhì)、固態(tài)鋰電池及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010156615.9
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111326789B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭濤;王磊;桑林;劉婧;丁飛;劉興江
• 申請（專利權(quán)）人: 天津中電新能源研究院有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 天津諾德知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 12213
• 代理人: 欒志超

本發(fā)明涉及一種半互穿網(wǎng)絡(luò)阻燃固態(tài)鋰離子電解質(zhì)、固態(tài)鋰電池及制備方法，采用原位聚合制備半互穿網(wǎng)絡(luò)阻燃固態(tài)電解質(zhì)，主要包含交聯(lián)劑、共聚單體、高分子化合物、鋰鹽、無機(jī)化合物及其引發(fā)劑，加入了氧化物電解質(zhì)的固態(tài)電解質(zhì)能夠進(jìn)一步提高電解質(zhì)的電導(dǎo)率及電池的安全性能；相應(yīng)的固態(tài)電池采用疊片工藝制備，半互穿網(wǎng)絡(luò)阻燃固態(tài)電解質(zhì)涂敷在正極表面，制備的固態(tài)鋰電池具有較高的安全性，能夠滿足市場對鋰電池安全性能的要求，工藝簡便，有利于大規(guī)模的生產(chǎn)與運用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固態(tài)電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種半互穿網(wǎng)絡(luò)阻燃固態(tài)鋰離子電解質(zhì)、固態(tài)鋰電池及制備方法。

背景技術(shù)

電解液是鋰離子電池的重要組成部分，現(xiàn)在所使用的電解液都為有機(jī)化合物，在極端使用情況下中會出現(xiàn)漏液、燃燒等問題，并且當(dāng)前主流鋰離子電池在特定體積內(nèi)能夠儲存的能量有限。采用固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)鋰離子電池中的有機(jī)電解液可以很好地緩解電池的安全問題，并且可以突破能量密度的“玻璃天花板”。

目前所使用的固態(tài)電解質(zhì)主要由聚合物固態(tài)電解質(zhì)和無機(jī)陶瓷固態(tài)電解質(zhì)，聚合物固態(tài)電解質(zhì)具有良好的柔性、穩(wěn)定的界面和易操作性，但其鋰離子電池的電導(dǎo)率較低；無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)具有較高的離子電導(dǎo)率和阻燃性，但其界面接觸較差，將聚合物固態(tài)電解質(zhì)和無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)聯(lián)合使用可以很好地解決固態(tài)電解質(zhì)的缺點。

如現(xiàn)有專利中CN201710847995，CN201811397878和CN201811345429主要針對電解質(zhì)阻燃方向進(jìn)行展開，目的是提高電池在使用過程中的安全性能，針對鋰離子電池的安全性，采用的大量的磷酸酯類化合物，磷酸酯類化合物對石墨負(fù)極有一定嵌入，破壞石墨的整體結(jié)構(gòu)，并且對高鎳正極和鋰片的循環(huán)穩(wěn)定性較差，不能很好的兼顧鋰離子電池的高安全性及高循環(huán)性能。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種半互穿網(wǎng)絡(luò)阻燃固態(tài)鋰離子電解質(zhì)、固態(tài)鋰電池及制備方法，針對目前高能量密度電池安全性能差的問題，采用原位聚合方法制備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)聚合物，低分子量的高分子穿梭在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，形成半互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)阻燃固態(tài)電解質(zhì)；，采用此方法制備固態(tài)鋰電池生產(chǎn)工藝簡單，并且固態(tài)電解質(zhì)中加入氧化物電解質(zhì)，能夠進(jìn)一步提高電解質(zhì)的電導(dǎo)率及電池的安全性能。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種半互穿網(wǎng)絡(luò)阻燃固態(tài)鋰離子電解質(zhì)，所述的半互穿網(wǎng)絡(luò)阻燃固態(tài)鋰離子電解質(zhì)為復(fù)合電解質(zhì)范疇，包括交聯(lián)劑、共聚單體、高分子化合物、鋰鹽、無機(jī)化合物和引發(fā)劑；

交聯(lián)劑的質(zhì)量百分比為0.3-5％，共聚單體的質(zhì)量百分比為10-40％，高分子化合物的質(zhì)量百分比為5-30％，鋰鹽的質(zhì)量百分比為20-50％，無機(jī)化合物的質(zhì)量百分比為10-50％，引發(fā)劑的質(zhì)量百分比占交聯(lián)劑和共聚單體質(zhì)量的0.15-3％。

優(yōu)選地，交聯(lián)劑為多雙鍵官能團(tuán)單體；

優(yōu)選地，交聯(lián)劑為聚乙二醇二丙烯酸酯、三羥基甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、聚醚多丙烯酸酯中的一種或多種。

優(yōu)選地，共聚單體為3-(異丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基-三(甲基乙基酮肟)硅烷、全氟烷基乙基丙烯酸酯、七氟丁基甲基丙烯酸酯、六氟丁基甲基丙烯酸酯、八氟戊基甲基丙烯酸酯、甲基丙稀酸六氟異丙酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸異辛酯中的一種或多種。

優(yōu)選地，高分子化合物為低分子量的聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚碳酸丙烯酯、聚碳酸乙烯酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯中的一種或多種；優(yōu)選的高分子化合物分子量選擇在500-10000之間。

優(yōu)選地，鋰鹽為六氟磷酸鋰、高氯酸鋰、四氟硼酸鋰、雙三氟甲磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、二氟草酸硼酸鋰、二草酸硼酸鋰中的一種或多種；

優(yōu)選地，無機(jī)化合物為LATP、LAGP、LLZO、LPS、LGPS中的一種或多種；