[發(fā)明專利]一種PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010882343.0
• 申請(qǐng)日: 2020-08-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111900459A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 洪波;賴延清;易茂義;姜懷;李劼;張治安;張凱;方靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M10/056
• 分類號(hào): H01M10/056;H01M10/052;H01M10/0525
• 代理公司: 北京天盾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11421
• 代理人: 李瓊芳;肖小龍

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法。所述PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)包括以下組分：無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)、聚合物固態(tài)電解質(zhì)、鋰鹽；所述聚合物固態(tài)電解質(zhì)至少包括聚合物PEO和HPMA，還可以包括小分子量的PPC、PMMA中的一種或者兩種。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)力學(xué)性能好、電導(dǎo)率高、成膜性優(yōu)良，與極片接觸良好，解決了現(xiàn)有的PEO基固態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率低的問(wèn)題，具有良好的應(yīng)用前景。本發(fā)明另提供所述PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的制備方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)鋰離子電池所使用的有機(jī)電解液存在泄露、易燃易爆等安全隱患。雖然通過(guò)添加阻燃劑、采用耐高溫陶瓷隔膜、正負(fù)極材料表面修飾、優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)化BMS、在電芯外表面涂覆相變阻燃材料、改善冷卻系統(tǒng)等措施能在相當(dāng)程度上提高現(xiàn)有鋰離子電池的安全性，但這些措施無(wú)法從根本上保證大容量電池系統(tǒng)的安全性。而使用固態(tài)電解質(zhì)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)有望從根本上解決鋰離子電池安全性問(wèn)題。因此固態(tài)電池備受關(guān)注。

固態(tài)電解質(zhì)按化學(xué)組成主要包括無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)和聚合物固態(tài)電解質(zhì)。但是無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)不易制備，界面接觸性差，機(jī)械性能差，對(duì)水和氧敏感等制約著無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的應(yīng)用。聚合物PEO(聚環(huán)氧乙烷)電解質(zhì)是目前較為成熟的有機(jī)聚合物電解質(zhì)材料，PEO溶劑化鋰鹽的能力強(qiáng)、成膜性好、對(duì)金屬Li穩(wěn)定，其存在的問(wèn)題依然是室溫離子電導(dǎo)率過(guò)低(＜10^-5S/cm)，同時(shí)電化學(xué)窗口不高(3.8Vvs.Li⁺/Li)。為了提高PEO基聚合物電解質(zhì)綜合性能，在聚合物基體中添加無(wú)機(jī)陶瓷固態(tài)電解質(zhì)粉末，在提高其室溫離子電導(dǎo)率的同時(shí)增強(qiáng)了聚合物基體的機(jī)械性能，并且有效的解決了無(wú)機(jī)陶瓷固態(tài)電解質(zhì)的界面問(wèn)題，制備出一種剛?cè)岵?jì)兼具有機(jī)、無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)優(yōu)點(diǎn)的復(fù)合電解質(zhì)。但是即使加入無(wú)機(jī)陶瓷固態(tài)電解質(zhì)納米粉末，PEO基聚合物電解質(zhì)室溫電導(dǎo)率依然不高(10^-5S/cm)，只有在60℃下，才擁有10^-4S/cm的離子電導(dǎo)率。因此如何提高PEO基聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率是在實(shí)用性方面急需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種具有較高的離子電導(dǎo)率的PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，包括以下組分：無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)、聚合物固態(tài)電解質(zhì)、鋰鹽；所述聚合物固態(tài)電解質(zhì)至少包括聚合物PEO(聚環(huán)氧乙烷)、HPMA(聚馬來(lái)酸酐)。

作為優(yōu)選，所述無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)為Al-LLZO、Ga-LLZO、Ta-LLZO、Nb-LLZO中的一種或者兩種以上。

作為優(yōu)選，所述鋰鹽為L(zhǎng)iClO₄和LiTFSI的一種或者兩種的混合物。

進(jìn)一步地，所述聚合物固態(tài)電解質(zhì)還包括小分子量的PPC(聚碳酸亞丙酯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)中的一種或者兩種。

本發(fā)明引入HPMA作為一種交聯(lián)劑，進(jìn)一步提升其鋰離子電導(dǎo)率。此外，引入低分子量的聚合物PPC、PMMA的一種或者兩種，可提高聚合物固態(tài)電解質(zhì)的無(wú)定形程度和粘彈性，既利于聚合物鏈段的運(yùn)動(dòng)又能改善電極/電解質(zhì)的界面接觸。

作為優(yōu)選，所述無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的平均粒徑為300nm-1μm。

進(jìn)一步地，所述PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中，無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的重量百分比為5-15％，鋰鹽的重量百分比為30-40％，聚合物固態(tài)電解質(zhì)的重量百分比45-65％。

進(jìn)一步地，所述聚合物固態(tài)電解質(zhì)中，PEO的重量百分比為40-90％，HPMA的重量百分比為10-20％，其余為PPC和/或PMMA。