[發明專利]一種聚合物固態電解質膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202011528481.5
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112670566B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 王鵬;呂文彬;李曉龍;宋文鋒;陳少杰
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525;C08F290/06;C08F228/06;C08F234/02;C08F222/20;C08F222/34
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 王巖

本發明提供了一種聚合物固態電解質膜及其制備方法和應用，所述固態電解質膜包括聚合物基體、鋰鹽和增塑劑，其中，所述聚合物基體的分子鏈中有4種成分：提供鋰離子傳輸通道的主體單體，提供高壓穩定性的高壓穩定劑，提高聚合鏈柔性的柔化劑，提高機械強度的交聯劑。所述聚合物固態電解質膜具有較高的鋰離子電導率、優異的高壓穩定性以及循環穩定性，可廣泛用于聚合物全固態電池。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，涉及一種聚合物固態電解質膜及其制備方法和應用。

背景技術

目前鋰離子電池是商用電池中能量密度最高的電池，被廣泛應用于各種小型電子產品以及電動汽車等。近年來，電動汽車和儲能行業的快速發展對鋰離子電池的能量密度、成本和安全性提出了更高的要求。商業化的鋰離子電池依賴于有機電解液的使用，而有機電解液中的低閃點溶劑通常會引發諸多安全問題，如電池燃燒和爆炸。

為了解決鋰離子電池的安全問題，不含液體成分的固態電池得到大力發展。固態電池依賴于固態電解質進行鋰離子傳導，目前固態電解質主要存在以下4種：氧化物固態電解質、硫化物固態電解質、鹵素類固態電解質以及聚合物固態電解質膜。其中聚合物全固態電池具有良好的固固界面、易加工、低成本等優勢，有望于商業化應用到汽車動力鋰電池上。在聚合物全固態電池中，可傳導鋰離子的聚合物取代傳統鋰離子電池中的液態電解液，從而避免低閃點、易燃易爆有機溶劑的使用，電池的安全性可得到大幅度提高。

CN104538670B公開了一種全固態聚合物電解質、其制備方法及應用，屬于鋰離子電池領域，全固態聚合物電解質包括聚環氧乙烷、鋰鹽、無機納米顆粒和離子液體，且所述鋰鹽與所述聚環氧乙烷質量之比為0.1～0.5，無機納米顆粒的和離子液體的質量之和為所述全固態聚合物電解質質量的10～30％；所述鋰鹽包括雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰，四氟硼酸鋰，高氯酸鋰，六氟磷酸鋰，六氟砷酸鋰，三氟甲基磺酸鋰以及二草酸硼酸鋰的一種或者多種；無機納米顆粒包括納米氧化鋁，納米氧化硅，納米氧化鋯以及納米鈦酸鋇中一種或者多種。其所述全固態聚合物電解質具有較好的機械強度和較高的離子電導率。但是其使用的聚環氧乙烷高壓穩定性差、鋰離子電導率低，在電壓高于3.8V時會發生分解，導致聚合物中高分子鏈的斷裂，從而破壞電解質層的結構、降低鋰離子電導率，更有可能使得正負極直接接觸導致電池短路，難以應用于動力電池。

CN108736057A公開了一種鋰電池固態電解質材料、電解質膜及其構成的全固態鋰電池的制備和應用。該固態電解質材料是一種有機-無機雜化聚合物材料，由有機-無機雜化材料基體、無機納米填料和鋰鹽組成；該雜化材料基體由金屬/非金屬烷氧化物(或金屬無機鹽)等前驅體在一定條件下水解后、與聚環氧乙烷通過交聯反應制備得到；無機納米填料通過物理方式混合加入，作為剛性組分，保證電解質材料的機械性能。該電解質薄膜厚度為5～500um；60℃時離子電導率為1×10S/cm～1×10S/cm，電化學窗口大于5.0V。其所述的全固態有機-無機雜化電解質，可通過卷對卷的涂布工藝批量生產，加工性能良好，電化學窗口較寬，可用于制備高溫條件下運行的、高能量密度的、安全型全固態鋰電池。但是其使用的固態電解質材料的電導率較低，使得其電池倍率性能遠低于液態電池。

上述方案存在有高壓穩定性差、鋰離子電導率低或安全性差等問題，因此，開發一種電導率高、高壓穩定性好且安全性能高的固態電解質是十分必要的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種聚合物固態電解質膜及其制備方法和應用，所述聚合物固態電解質膜包括聚合物基體(PVPT聚合物)、鋰鹽和增塑劑，其中，所述聚合物基體的分子鏈中有4種成分：提供鋰離子傳輸通道的主體單體，提供高壓穩定性的高壓穩定劑，提高聚合鏈柔性的柔化劑，提高機械強度的交聯劑。所述聚合物固態電解質膜具有較高的鋰離子電導率、優異的高壓穩定性以及循環穩定性，可廣泛用于聚合物全固態電池。

為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：