[發(fā)明專利]一種聚醚類固態(tài)聚合物電解質及其制備方法以及包含其的固態(tài)電池

有效

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• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112259789B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設計）人: 李久銘;王俊英;李文俊
• 申請（專利權）人: 北京衛(wèi)國創(chuàng)芯科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/058;H01M10/0525;C08G65/22
• 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(fā)明提供一種聚醚類固態(tài)聚合物電解質及其制備方法以及包含其的固態(tài)電池，所述聚醚類固態(tài)聚合物電解質的制備原料包括環(huán)狀醚類單體、鋰鹽和無機粒子，所述環(huán)狀醚類單體原位聚合得到聚醚類聚合物，所述環(huán)狀醚類單體至少包括一種含有耐高壓取代基的環(huán)狀醚類單體，所述耐高壓取代基為氰基、硝基、磺酰基、羧基、酯基或氟原子中的任意一種或至少兩種的組合。該固態(tài)聚合物電解質室溫離子電導率可達1×10^?5S/cm^?1～9×10^?4S/cm^?1，電位窗口為4.3V～5.2V，含有該聚合物電解質的固態(tài)電池具有高能量密度，長循環(huán)特性。

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術領域，涉及一種聚醚類固態(tài)聚合物電解質及其制備方法以及包含其的固態(tài)電池。

背景技術

傳統(tǒng)的商用鋰離子電池由于含有大量的電解液而容易燃燒，爆炸，在使用過程中存在很大的安全隱患。固態(tài)鋰離子電池采用性質穩(wěn)定的固態(tài)電解質替代有機電解液，與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，安全性能顯著提升。

固態(tài)聚合物電解質由于較高的安全性得到廣泛關注。固態(tài)聚合物電解質性質穩(wěn)定，能夠與高壓正極和金屬鋰負極匹配，可進一步提高電池的能量密度。其次，聚合物電解質質輕，使鋰離子電池整體的質量更小，相同能量密度下體積更小。除此之外，聚合物電解質有良好的機械性能，與正負極之間的界面接觸更好。

雖然聚合物電解質優(yōu)勢突出，但也存在室溫離子電導率低，電化學窗口低等問題。目前研究的聚合物電解質中，聚環(huán)氧乙烷(PEO)及其改性化合物等聚醚類聚合物具有較高的離子電導率高，且對金屬鋰負極穩(wěn)定，但其抗氧化性差，通常只能與磷酸鐵鋰這類的正極活性物質相匹配，限制了其在高壓正極材料電池中的應用，使電池的能量密度很難進一步提升。

CN109301317A公開了一種耐高壓固態(tài)聚合物電解質的制備方法，所述方法為將PEO、鋰鹽和無機納米顆粒混合后預先成膜。該發(fā)明由于沒有改變PEO的結構，只是摻混無機納米顆粒，對電解質耐高壓性能的改善極其有限。除此之外，采用電池外預先成膜的方式，導致電池極片/固態(tài)電解質之間界面電阻較大，影響電池充放電性能。

CN105914405B公開了一種由環(huán)氧基化合物原位開環(huán)聚合制備全固態(tài)聚合物電解質的方法以及在固態(tài)鋰電池中的應用。所述電解質為環(huán)氧基化合物聚合產物，所述制備方法為原位開環(huán)聚合。但是，沒有重點針對改善聚醚類電解質的耐高壓特性展開改性研究，該發(fā)明中電解質能否與高壓正極相匹配也未可知。

因此，對聚醚類聚合物電解質進行改性并與無機粒子配合使其具有耐高壓氧化的特性對于提高電池的能量密度具有重要意義。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種聚醚類固態(tài)聚合物電解質及其制備方法以及包含其的固態(tài)電池。本發(fā)明所述聚醚類聚合物電解質具有較高的離子電導率，且電化學窗口較高，可與高壓正極相匹配。

為達到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

第一方面，本發(fā)明提供一種聚醚類固態(tài)聚合物電解質，所述聚醚類固態(tài)聚合物電解質的制備原料包括環(huán)狀醚類單體、鋰鹽和無機粒子，所述環(huán)狀醚類單體原位聚合得到聚醚類聚合物，所述環(huán)狀醚類單體至少包括一種含有耐高壓取代基的環(huán)狀醚類單體，所述耐高壓取代基為氰基、硝基、磺酰基、羧基、酯基或氟原子中的任意一種或至少兩種的組合。

在本發(fā)明中，所述耐高壓指的是能夠耐高電壓氧化。

在本發(fā)明中，聚醚類聚合物與無機粒子配合，共同作用，可以提高耐高壓氧化的特性，使得其具有較高的離子電導率，且電化學窗口較高，可與高壓正極相匹配，可以提高電池的能量密度，提高電池性能。

優(yōu)選的，所述含有耐高壓取代基的環(huán)狀醚類單體為環(huán)氧氟丙烷單體、1,1,1-三氟環(huán)氧丙烷單體、環(huán)氧氯丙烷、2,3-環(huán)氧丙酸乙酯、四氰基環(huán)氧乙烷、2-羧基-環(huán)氧乙烷乙酸或七氟丁基環(huán)氧乙烷單體中的任意一種或至少兩種的組合，具體結構如下：