[發(fā)明專利]一種電解質(zhì)基體、其制備方法及其用途

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011553901.5
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112687949B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃科程;冀亞娟;陳規(guī)偉;許鑫鑫;劉金成;劉建華
• 申請（專利權(quán)）人: 惠州億緯鋰能股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525;C08G65/06;C08G65/08
• 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)明提供了一種電解質(zhì)基體、其制備方法及其用途，所述的電解質(zhì)基體包括PEO?PPO?PEO三元嵌段共聚物。本發(fā)明中采用PEO?PPO?PEO三元嵌段共聚物作為電解質(zhì)基體，成膜性好，室溫離子電導(dǎo)率高，且明顯高于其他常規(guī)聚合物電解質(zhì)基體。本發(fā)明提供的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，以PEO?PPO?PEO三元嵌段共聚物為電解質(zhì)基體，具有機械強度高、抵抗鋰枝晶效果好和熱穩(wěn)定性能優(yōu)異等特點，并且電化學(xué)穩(wěn)定窗口可以達到4V，室溫下相對于其他常規(guī)聚合物基體(PEO、PVDF、PAN或PMMA)制備的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，離子電導(dǎo)率高出一個數(shù)量級，可以達到4.5*10^?4S/cm。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及電解質(zhì)基體，尤其涉及一種電解質(zhì)基體、其制備方法及其用途。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池提升空間有限，普遍認(rèn)為天花板在400wh/kg。因此開發(fā)新的高能量密度儲能器件顯得尤為關(guān)鍵。固態(tài)鋰電池是被廣泛認(rèn)可的下一代電池技術(shù)，其理論能量密度可以達到800wh/kg，并且固態(tài)鋰電池不會發(fā)生熱失控，安全性能更高，具有極好的應(yīng)用潛力。

盡管固態(tài)鋰電池優(yōu)勢較大，但是其中關(guān)鍵部件固態(tài)電解質(zhì)是限制其實現(xiàn)商業(yè)化的關(guān)鍵瓶頸。目前主流的固態(tài)電解質(zhì)主要分為以下幾類：(1)聚合物固態(tài)電解質(zhì)柔順性較好，成膜性能優(yōu)異。然而，室溫離子電導(dǎo)率普遍較低，以PEO為例，室溫離子電導(dǎo)率僅有10^-6-10^-7S/cm，電池室溫下極化較大；(2)無機氧化物電解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)率較高，可以達到10^-4-10^-3S/cm，但是質(zhì)地較硬，界面阻抗大，加工性能差，原材料成本高，從而抬升整體電池造價；(3)無機硫化物電解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)率較高，在10^-3S/cm，但是與鋰負極之間存在副反應(yīng)，對生產(chǎn)環(huán)境要求苛刻，硫化物電解質(zhì)成膜性能較差，生產(chǎn)工藝復(fù)雜。

綜合上述幾種類型的固態(tài)電解質(zhì)優(yōu)缺點，聚合物電解質(zhì)由于具有較好的成膜加工性能，并且價格低廉。目前常見的聚合物基體有聚環(huán)氧乙烷(PEO)，聚偏氟乙烯(PVDF)，聚丙烯腈(PAN)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等，但是在室溫下離子電導(dǎo)率均較低，僅10^-6-10^-7S/cm。盡管再通過與其他無機填料復(fù)合，能夠一定程度提升整體離子電導(dǎo)率，但是由于其純的聚合物基體本身離子電導(dǎo)率不理想，導(dǎo)致復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)整體離子電導(dǎo)率上升空間極其有限，一般都只能提升到10^-5S/cm，依然很難在室溫下實現(xiàn)應(yīng)用。

CN111138596A公開了一種聚合物電解質(zhì)及包括該聚合物電解質(zhì)的鋰離子電池。該聚合物電解質(zhì)的制備方法，包括：(1)將有機溶劑溶解功能聚合物，混合均勻后得到A體系，其中A體系中功能聚合物的質(zhì)量占比為0.2％～30％；(2)將A體系、鋰鹽和功能添加劑混合均勻，即得到混合液；(3)將所述混合液進行原位聚合得到聚合物電解質(zhì)，所述聚合物電解質(zhì)中至少含有一個碳酸酯結(jié)構(gòu)、一個酯結(jié)構(gòu)、一個硼結(jié)構(gòu)和一個氟結(jié)構(gòu)；所述碳酸酯結(jié)構(gòu)、酯結(jié)構(gòu)、硼結(jié)構(gòu)和氟結(jié)構(gòu)可相互組合成不同的鏈段。該聚合物電解質(zhì)與鋰鹽的陰離子親和性較好、具有較高的電導(dǎo)率，大大提升半固態(tài)電池性能。本發(fā)明制備的半固態(tài)基于現(xiàn)有鋰離子電池加工工藝，具有良好的加工性能和電化學(xué)性能，具有一定的應(yīng)用前景。

CN109004280A公開了一種全固態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備方法及全固態(tài)聚合物電池，電解質(zhì)的制備步驟如下：將聚碳酸酯單體與羧基或羥基聚碳酸酯單體進行聚合反應(yīng)，得到聚合物A；將聚醚單體、聚乙二醇丙烯基單體和功能聚合物加入溶劑中，并加入鋰鹽、引發(fā)劑，選擇性加入助劑及功能填料，進行引發(fā)反應(yīng)，得到聚合物B；將聚合物A和聚合物B加入溶劑中，并選擇性加入羧基交聯(lián)劑混合均勻，得到聚合物混合體系；將羥基交聯(lián)劑加入到聚合物混合體系中并混合均勻，將得到的混合液均勻涂布在模具上，在真空干燥箱內(nèi)惰性氣體氛圍下進行交聯(lián)反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后，在惰性氣體氛圍下真空干燥得到全固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜。該發(fā)明的固態(tài)聚合物電解質(zhì)的相容性及機械強度良好且室溫離子電導(dǎo)率高。