[發明專利]一種寬溫度范圍固態電解質及其應用

有效

• 申請號: 202110309359.7
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113140787B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 李斯劍;耿振;劉利霞;王雷丹陽;蘇青;廖文俊
• 申請（專利權）人: 上海電氣集團股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/42;H01M10/052;H01M10/0585;H01M10/0587
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 郎祺

本發明公開了一種寬溫度范圍固態電解質，按質量百分比計，包括生物質5～50％、有機離子塑性晶體30～70％和鋰鹽5～60％。本發明還提供了包括上述固態電解質的鋰二次電池及其制備方法。本發明通過在有機離子塑型晶體?鋰鹽電解質體系中引入寒天，在實現寬工作溫度范圍的基礎上，確保固態電解質具有較高的安全性，能夠通過鋰電池安全測試的針刺試驗及加熱試驗。

技術領域

本發明涉及新型鋰電池固態電解質領域，具體涉及一種寬溫度范圍固態電解質、包括該固態電解質的鋰離子二次電池和該鋰離子二次電池的制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為一種新型高能電池，在電動汽車、儲能及電子產品領域都得到了廣泛應用。然而，現有技術中鋰離子二次電池的電解質中采用的有機電解液沸點較低，且在低溫下容易發生變質，使得其工作溫度范圍較窄。同時，有機電解液易燃易揮發的特點使得其在鋰離子二次電池使用中存在極大的安全隱患，并且這一安全隱患會隨著電池的應用規模增大而增大，制約了高比能量的鋰離子二次電池的發展。

近年來，研究者通過調整電解液配方，以尋求工作溫度范圍較寬且安全性高的電解質。例如：(1)添加適當的添加劑，使得電解液在較低溫度下工作，但因其沸點所限，其安全性以及高溫應用場景的問題仍無法解決；(2)將聚合物以部分或完全取代電解液的方式引入鋰二次電池體系中，形成聚合物電解質的方法，雖然能同時提高電解質安全性并使得電池可以在高溫環境下工作，但聚合物大都存在室溫離子電導率較低(10^-5～10^-6S/cm)，同時其離子電導率隨著溫度的降低而降低，使得其在低溫環境下無法使用。

此外，專利CN111370757A公開了一種含有機離子塑性晶體的固體電解質，所述固體電解質包含聚合物、有機離子塑性晶體和高配比的鋰鹽，提高了固體電解質的離子導電率。但是有機離子塑性晶體和高配比的鋰鹽的組合，其機械性能有所降低，有可能由固態體系轉為液態體系，導致安全性較低。

因此，針對現有技術中電解質不能同時滿足安全性高、應用至低溫環境和應用至高溫環境的缺陷，研發一種新的電解質，是本領域技術人員急需解決的問題。

發明內容

本發明為實現上述目的，提供了一種寬溫度范圍固態電解質、包括該固態電解質的鋰離子二次電池和該鋰離子二次電池的制備方法。

本發明的第一方面提供一種寬溫度范圍固態電解質，按質量百分比計，包括以下組分：

生物質 5～50％

有機離子塑性晶體 30～70％

鋰鹽 5～60％。

優選地，按質量百分比計，包括以下組分：

生物質 10～20％

有機離子塑性晶體 50～60％

鋰鹽 20～40％。

優選地，所述生物質為寒天。

優選地，所述寒天的水分含量小于等于20ppm。

優選地，所述有機離子塑性晶體為下式(1)和/或(2)的聚合物：

式(1)和(2)中的B^-為(CF₃SO₂)₂N^-或者(FSO₂)₂N^-。