[發(fā)明專利]一種準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010714803.9
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN112018437A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙衛(wèi)民;林紅;王彭麗;孫建勇;劉永
• 申請（專利權(quán)）人: 東營古潤特新能源有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/052
• 代理公司: 濟(jì)南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所 37218
• 代理人: 張貴賓

本發(fā)明涉及新型準(zhǔn)固態(tài)鋰電池領(lǐng)域，特別公開了一種準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用。該準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)，主要包括鋰鹽、活性填料、聚合物、稀釋劑和表面活性劑，其特征在于：所述鋰鹽為含氟鋰鹽、含硼鋰鹽中的至少一種，活性填料為石榴石型氧化物鋰鑭鋯氧，聚合物為聚氧化乙烯，稀釋劑為聚二醇類二縮水甘油醚，表面活性劑為聚氧乙烯醚類化合物。本發(fā)明不僅解決了液態(tài)電解液易燃易爆等安全性問題，還提高了準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率，顯示出優(yōu)異的電化學(xué)活性和界面穩(wěn)定性，適于廣泛推廣應(yīng)用。

（一）技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新型準(zhǔn)固態(tài)鋰電池領(lǐng)域，特別涉及一種準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用。

（二）背景技術(shù)

隨著鋰電池能量密度的提高，采用液態(tài)電解液的傳統(tǒng)鋰離子電池發(fā)生脹氣、自燃甚至爆炸的現(xiàn)象尤為突出。固態(tài)電解液因其具有安全性、高能量密度和較寬的電化學(xué)電壓窗口等優(yōu)點(diǎn)而逐漸成為液體電解液的替代品，引起了人們的廣泛關(guān)注。凝膠準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)具有良好的柔性，與電極之間具有良好的界面相容性并且能夠形成優(yōu)異的離子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)通道，有助于獲得較好的循環(huán)性能。但是，室溫條件下準(zhǔn)固態(tài)鋰電池較低的離子電導(dǎo)率嚴(yán)重制約了其發(fā)展，常用的“PEO-LiTFSi”體系，可以通過化學(xué)混合其他的聚合物和物理填充納米粒子增加PEO基體“無定形區(qū)”在常溫下的占比，能夠?qū)﹄娊赓|(zhì)的電導(dǎo)率有較大的提高，還能進(jìn)一步改善電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定性、能量密度以及安全性能。

固體電解質(zhì)材料分為LLZO型氧化物、NASICON型氧化物、聚合物和硫化物固體電解質(zhì)四種類型。近幾年來，人們越來越關(guān)注石榴石型氧化物鋰鑭鋯氧（LLZO）的研發(fā)，LLZO在空氣中相對穩(wěn)定，離子電導(dǎo)率介于聚合物和硫化物之間。LLZO的電化學(xué)窗口寬，可以與高電壓正極相匹配，這些都為高能量密度準(zhǔn)固態(tài)電池的實(shí)現(xiàn)提供了材料基礎(chǔ)，LLZO粉體材料可以在大氣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，這為工業(yè)化生產(chǎn)提供了條件。

（三）發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種電導(dǎo)率高、界面穩(wěn)定性好的準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)，主要包括鋰鹽、活性填料、聚合物、稀釋劑和表面活性劑，其特征在于：所述鋰鹽為含氟鋰鹽、含硼鋰鹽中的至少一種，活性填料為石榴石型氧化物鋰鑭鋯氧，聚合物為聚氧化乙烯，稀釋劑為聚二醇類二縮水甘油醚，表面活性劑為聚氧乙烯醚類化合物。

本發(fā)明的更優(yōu)技術(shù)方案為：

所述鋰鹽為四氟硼酸鋰（LiBF₄）、三氟甲基磺酸鋰（CF₃LiO₃S）、二草酸硼酸鋰（LiBOB）、二(三氟甲基磺酸酰)亞胺鋰（LiTFSi）、雙氟草酸硼酸鋰（LiODFB）以及雙氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）中的一種或多種；更優(yōu)選的，鋰鹽為二(三氟甲基磺酸酰)亞胺鋰（LiTFSi）和雙氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）中的一種或兩種。

所述鋰鹽占電解質(zhì)總質(zhì)量的3-50%。

所述活性填料的結(jié)構(gòu)式為Li₇La₃Zr₂O₁₂。

所述聚合物的相對分子質(zhì)量為2-800萬，結(jié)構(gòu)式為 。

表面活性劑的結(jié)構(gòu)式為，

其中，R1、R2相互獨(dú)立地為氰基、鹵代(C1-C10)烷基、(C1-C10)烷基、(C1-C10)烷氧基、(C1-C10)烷氧基羰基、(C3-C12)環(huán)烷基、(C3-C12)雜環(huán)烷基、(C6-C12)芳基、(C3-C12)雜芳基或(C6-C12)芳基(C1-C10)烷基、氨基或酰基。

更為優(yōu)選的，表面活性劑的結(jié)構(gòu)式為、

或；但不限定于此。

稀釋劑的結(jié)構(gòu)式為；