[發(fā)明專利]一種高安全性復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202011184288.4
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112290083A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬越;齊玉雙
• 申請（專利權(quán)）人: 西安越遴新材料研究院有限公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/0565;H01M10/42;H01M10/0525
• 代理公司: 西安新動力知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61245
• 代理人: 劉強

本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法。所述電解質(zhì)包括聚合物、鋰鹽、阻燃劑及無機固態(tài)電解質(zhì)，鋰鹽與聚合物的質(zhì)量比為(0.4～0.8):1，阻燃劑與聚合物的質(zhì)量比為(0.2～0.5):1，無機固態(tài)電解質(zhì)與聚合物的質(zhì)量比為(5～50):100；該電解質(zhì)采用有機?無機的復(fù)合結(jié)構(gòu)能夠有效地避免副反應(yīng)的發(fā)生，從而提高鋰離子的離子傳導(dǎo)率，室溫下鋰離子電導(dǎo)率可達(dá)到10^?4Scm^?1，電化學(xué)穩(wěn)定性窗口在5V左右。此外，通過增加阻燃劑的設(shè)計，使得該電解質(zhì)具有不可燃燒的特性，避免了傳統(tǒng)鋰離子電池中由于液態(tài)電解質(zhì)預(yù)熱而發(fā)生燃燒甚至爆炸的安全隱患。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及鋰離子二次電池，尤其涉及一種高安全性復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池作為一類主要的電化學(xué)儲能器件，在當(dāng)今社會中起著至關(guān)重要的作用。它不僅是眾多消費電子產(chǎn)品的主要動力來源，也是電動汽車領(lǐng)域最突出的儲能技術(shù)。由于傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池采用的是液態(tài)電解質(zhì)，其普遍存在易揮發(fā)、易燃、易爆等安全性問題，嚴(yán)重限制了鋰離子電池的發(fā)展。因此，采用固態(tài)電解質(zhì)取代液態(tài)有機電解質(zhì)來解決傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池的安全問題成為下一代鋰離子電池的突破點；采用固態(tài)電解質(zhì)不僅能夠解決鋰離子電池的安全性問題，同時還可提高鋰離子電池的能量密度。

固態(tài)電解質(zhì)分為聚合物固態(tài)電解質(zhì)和無機固態(tài)電解質(zhì)兩大類。當(dāng)前，基于兩類電解質(zhì)中研究深入的PEO聚合物電解質(zhì)和氧化物無機固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)缺點，人們廣泛研究的是PEO/石榴石型氧化物無機固態(tài)電解質(zhì)的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)(Nano Energy 28(2016)447～454；Energy Storage Materials 26(2020)283～289)。這類復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)綜合了PEO電解質(zhì)界面相容性好以及無機固態(tài)電解質(zhì)電化學(xué)窗口寬、離子電導(dǎo)率高的優(yōu)點，而提高此類電解質(zhì)性能的關(guān)鍵除了進一步提高復(fù)合相中氧化物電解質(zhì)的性能外，還要解決復(fù)合相中PEO聚合物可燃的問題，100％實現(xiàn)固態(tài)電解質(zhì)的高安全性。

現(xiàn)有技術(shù)中，磷酸三甲酯(TMP)，磷酸三丁酯(TBP)，三氟乙基磷酸酯(TFFP)等磷酸酯被作為液態(tài)電解液添加劑來降低碳酸酯電解液的可燃性，但其高粘度、低鋰鹽溶解度等問題影響了液態(tài)電解液的離子電導(dǎo)率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種高安全性復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)及其制備方法，以保證引入的高效阻燃劑在不影響電化學(xué)性能的同時進一步提高固態(tài)電解質(zhì)的安全性能。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明提供了一種高安全性復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，包括聚合物、鋰鹽、阻燃劑及無機固態(tài)電解質(zhì)；所述鋰鹽與聚合物的質(zhì)量比為(0.4～0.8):1，所述阻燃劑與聚合物的質(zhì)量比為(0.2～0.5):1，所述無機固態(tài)電解質(zhì)與聚合物的質(zhì)量比為(5～50):100。

進一步，所述阻燃劑選自：磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三異丁酯、磷酸三(丁氧基乙基)酯、磷酸三(2-氯丙基)酯中的一種或任意幾種的混合物。

進一步，所述聚合物為聚環(huán)氧乙烷，其分子量為800000～1000000；所述鋰鹽為雙三氟甲基磺酰亞胺鋰。

進一步，所述無機固態(tài)電解質(zhì)為納米級石榴石型鋰鑭鋯鉭氧。

進一步，納米級石榴石型鋰鑭鋯鉭氧的分子式為Li_7-xLa₃Zr_2-xTa_xO₁₂(0≤x≤0.5)，粒徑為100～400nm。

另一方面，本發(fā)明還提供了一種制備如上部分或全部所述的高安全性復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的方法，包括如下步驟：

1)制備納米級石榴石型鋰鑭鋯鉭氧用作無機固態(tài)電解質(zhì)；