[發明專利]改性無機快離子導體及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011203368.X
• 申請日: 2020-11-02
• 公開（公告）號: CN114447417A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 王藹廉;計文希;陳婧;張韜毅;張龍貴;宋建會;杜文杰;李娟
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司北京化工研究院
• 主分類號: H01M10/056
• 分類號: H01M10/056;H01M10/052;C01G25/00;C01G35/00;C09D151/08;C09D7/65
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;李盼

本發明公開了一種改性無機快離子導體，其包括無機快離子導體、有機碳鏈和聚合物鏈，其中無機快離子導體和聚合物鏈通過有機碳鏈連接。本發明還公開了一種有機?無機復合固態電解質，并將其應用于電池，尤其是固態鋰電池。本發明提供的有機/無機復合型固態電解質中各組分相容性好，電解質應用于固態鋰電池后的綜合性能良好。

技術領域

本發明具體涉及一種改性無機快離子導體、一種用于制備有機-無機復合固態電解質的組合物、一種有機-無機復合固態電解質膜及其制備方法和應用。

背景技術

迫于化石燃料的大量消耗，國際社會對于二氧化碳排放量的限制，新興可再生清潔能源開發及其相關技術的突破變得越來越迫切。鋰電池由于具有長循環壽命、高的能量密度而成為現在社會重要的能量存貯裝置。然而，現有的商品化鋰離子電池大多使用以有機碳酸酯類為主要組成部分的液態電解質，這類電解質易燃燒、易泄露，嚴重影響了電池的使用壽命和安全性。進而，使用液態電解質也帶來了較為厚重繁瑣的外包裝及復雜的電路系統，這使得鋰電池的體積及質量難以進一步降低。另外，新能源汽車的大面積使用也對鋰電池的續航能力有更高的要求，新型的具有高能量密度的電極材料將會陸續取代原有的材料，而現有的液態電解液體系并不足以支持新型電極材料的使用。因而電解質體系的固態化和新型高性能固態電解質的開發勢在必行。

無機快離子導體材料的離子電導率通常較高，室溫可達10^-4S cm^-1以上，而且無機材料中鋰離子在晶格中的遷移近似于單離子傳導，極大地減小了電池充放電過程中的極化現象，有利于電池的長時間穩定運行。但無機快離子導體材料通常要高溫煅燒制備，機械強度高不易于制備成膜，界面性能也較差，無法有效浸潤電極，導致電極活性物質利用率低，電池比容量小。有機材料尤其是聚合物材料易于加工制備、柔韌性較好，基于聚合物的電解質材料與多種電極材料的界面穩定性和相容性都較好，然而室溫離子電導率和鋰離子遷移數較低，限制了其在鋰電池中的發展。綜合有機聚合物材料和無機快離子導體材料的特點，制備復合型固態電解質，可以有效提升電解質的各項性能，實現鋰離子電池的固態化。

目前，復合型固態電解質主要有基于無機快離子導體和PEO型聚合物電解質的簡單共混，以及在已成型的無機固態電解質膜片上涂覆聚合物以提高界面性能。而這兩種方式均存在無機相和有機相的相容問題，造成電解質相尺寸的不穩定，因而會影響電池的性能。

發明內容

鑒于上述現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種改性無機快離子導體和一種用于制備有機-無機復合固態電解質的組合物，進而提供一種有機-無機復合固態電解質膜，并將其應用于電池，尤其是固態鋰電池。本發明提供的有機-無機復合固態電解質膜中各組分相容性好，應用于固態鋰電池后的綜合性能良好。

為此，在第一個方面，本發明提供了一種改性無機快離子導體，其包括無機快離子導體、有機碳鏈和聚合物鏈，其中無機快離子導體和聚合物鏈通過有機碳鏈連接。

根據本發明的一些實施方式，聚合物鏈由單體聚合得到，所述單體選自聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯及其衍生物、甲基丙烯酸酯及其衍生物、丙烯酸酯及其衍生物、苯乙烯及其衍生物、丙烯酸及其衍生物、醋酸乙烯酯及其衍生物和丙烯酰胺及其衍生物中的一種或多種。

根據本發明，所述單體的具體的例子包括但不限于丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸-2-羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、丙烯酸縮水甘油醛、乙烯基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸-2-羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸縮水甘油醛、乙烯基丙烯酸酯、對氟苯乙烯、對氯苯乙烯、對溴苯乙烯、對甲基苯乙烯、間甲基苯乙烯、對三氯甲基苯乙烯、間三氯甲基苯乙烯、對叔丁基苯乙烯、聚乙二醇單甲醚甲基丙烯酸酯、N-異丙基丙烯酰胺、丙烯酸和苯乙烯中的一種或多種。