[發明專利]一種高低溫穩定的鋰電池聚合物固態電解質膜及制備方法

在審

• 申請號: 202110085116.X
• 申請日: 2021-01-22
• 公開（公告）號: CN112701359A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 陳慶;曾軍堂;司文彬;李鈞
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;H01M10/0565
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于鋰電池電解質技術領域，公開了一種高低溫穩定的鋰電池聚合物固態電解質膜及制備方法。所述聚合物固態電解質膜是將復合相變材料與聚氧化乙烯、聚降冰片烯捏煉復合，然后螺桿擠出形成鑄片，接著拉伸，再經鏡面輥定型，接著冷卻、卷取而制得；所述復合相變材料是將鋰鹽、快離子導體、納米無機填料加入新戊二醇分散均勻，然后升溫攪拌分散而制得。本發明提供的聚合物固態電解質膜，新戊二醇的加入提升了聚氧化乙烯在低溫時的電導率低溫狀態下具有良好的電導率，聚降冰片烯的形狀記憶功能可以維持電解質膜高溫下穩定不變形，同時分散性好，在高低溫時均表現持良好的穩定性，應用前景廣闊。

技術領域

本發明涉及鋰電池電解質的技術領域，特別是涉及一種高低溫穩定的鋰電池聚合物固態電解質膜及制備方法。

背景技術

鋰離子電池兼有能量密度大、循環壽命長、工作電壓高等優點，是最具有前景的儲能技術之一。目前，鋰離子電池已經在便攜式消費類電子產品領域實現廣泛應用，同時也在電動汽車產業和電網儲能產業等領域展現出巨大潛力。電解質作為鋰離子電池的關鍵材料，影響著甚至決定著電池的比能量、壽命、安全性能、充放電性能和高低溫性等多種宏觀電化學性能。因此，鋰離子電池的電解質的研究和應用受到廣泛關注。

鋰離子電池電解質中，電解液的使用較為普遍，但由于電解液能量密度低，續航里程短，以及有機電解液容易揮發易燃的問題逐漸凸顯。因此，現有電解液類型的鋰電池在充電、使用時由于升溫，存在著火、爆炸等安全隱患。固體聚合物電解質是一種不易揮發的得鋰電池電解質，其不但不易揮發、安全、防爆炸，而且具有良好的柔性和加工性，在動力汽車以及柔性電子產品、智能穿戴等領域具有顯著的發展優勢。

固體聚合物電解質，又稱為離子導電聚合物。其中，常用的固態點聚合物電解質主要有聚氧化乙烯及其堿金屬鹽絡合物，由于其具有良好的成膜性和導電性，可用作鋰離子電池電解質。目前，聚氧乙烯固體聚合物電解質具有質輕、成膜性好、黏彈性和穩定性均較好等優點，在電子、醫療、空間技術、電致顯色、光電學、傳感器等方面有著廣泛的應用。然而，聚氧乙烯固態電解質只能在較高溫度（60℃）以上發揮導電性，其低溫運行成為問題，同時現有的通過添加有機溶劑碳酸乙烯酯等低分子增塑劑的方法，會影響聚合物電解質的機械性能和固態穩定性。因此，研究具有高低溫穩定性的聚氧乙烯聚合物固態電解的課題備受關注。

中國發明專利申請號202010068117.9公開了一種用于全固態鋰離子電池的基于PEO聚合物的3D網絡結構全固態電解質及制備方法；該發明3D網絡結構全固態電解質選用改性的石墨烯氣凝膠作為網絡骨架，選用聚環氧乙烷（PEO）作為高聚物基質，選用聚乙二醇（PEG）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）及碳酸亞乙烯酯（VC）的共混反應物作增塑劑，將PEO、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰（LiTFSI）與增塑劑共混，將共混液澆筑進改性的石墨烯氣凝膠制得全固態電解質。中國發明專利申請號202010338110.4公開了一種PEO基高離子電導率復合電解質及其制備方法；PEO基高離子電導率復合電解質，包括以下組分：A組分：分子量分別為1-10萬、10-100萬和100-1000萬的PEO；B組分：二氯乙烷和丙酮；C組分：1,1,2,2,3,3-六氟丙烷-1,3-二磺酰亞胺鋰和（氟磺酰)（三氟甲磺酰）亞胺鋰；D組分：中性γ-Al₂O₃和活性炭粉；E組分：六氟磷酸鋰、碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯。

為了改善鋰離子電池聚氧乙烯固態電解質在低溫條件下的導電性，同時解決添加小分子增塑劑提高固態電解質低溫導電性的方法易造成機械強度降低的缺陷，有必要提出一種新型聚氧乙烯固態電解質，進而促進聚合物固態電解質乃至鋰電池的發展。

發明內容

針對現有聚氧化乙烯聚合物固態電解質只有在超過60℃才發揮電導性的缺陷，以及采用低分子增塑劑易造成機械強度降低的缺陷，本發明提出一種高低溫穩定的鋰電池聚合物固態電解質膜及制備方法，從而有效實現了聚氧乙烯聚合物固態電解質在高低溫下的穩定性，促進了聚合物固態電解質的應用。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：