[發明專利]酰胺基復合固態電解質的原位制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202110658688.2
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113451643B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 周曉宇;劉楊;郭炳焜;周晶晶
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發明公開了一種酰胺基復合固態電解質的原位制備方法及其應用，以異氰酸酯衍生物、小分子量羥基有機單體、高分子聚環氧乙烷PEO、鋰鹽和表面成膜添加劑為主要原料，溶于溶劑，攪拌混合，獲得均勻漿料；然后混合漿料涂覆在固態電池的正極材料表面，形成漿料膜；再將涂覆漿料膜的正極材料加熱至漿料膜固化成固體膜，得到與正極材料表面緊密結合的酰胺基復合固態電解質。將所制備的酰胺基復合固態電解質膜與固態電池正極材料表面結合，組裝得到二次鋰離子固態電池，適用于工作電位≥4.3V vs.Li⁺/Li，工作溫度不高于40℃的條件。本發明方法工藝較為簡單，能從根本上解決PEO在高電壓電池中的分解的問題，從而提高電池的穩定性能。

技術領域

本發明涉及二次鋰離子電池領域，具體涉及一種酰胺基復合固態電解質的原位制備方法及應用。

背景技術

隨著人類社會的不斷發展，新興可再生清潔能源的開發及其相關技術的突破在當今顯得尤為迫切，為了滿足電動交通工具、便攜式電子設備、工業生產、航空航天、機器人以及儲能設備等領域的應用要求，各種能量轉換和存儲技術得到了快速發展，在各類儲能設備中，鋰離子電池具有能量密度高、循環壽命長、循環效率高、可快速充放電的優點，廣泛應用于便攜式電子產品、電動汽車和其他大規模儲能設施。目前，商用的鋰電池主要采用有機電解液作為電解質，其帶來了許多安全性問題，一方面，當電池受到外界碰撞或者擠壓，電解液會發生泄漏，同時電池內部也會產生大量的熱，使得電池發生燃燒或者爆炸；另一方面，在長時間的循環過程中，電池負極會產生鋰枝晶，進而會刺穿隔膜，導致電池內部短路，從而發生電池爆炸等安全性問題。雖然可以通過在電解液中添加阻燃劑、增加電池的機械性能以及提高隔膜的力學性能等方式，提高電池的安全性，但是并不能從根本上解決安全性問題。而采用固態電解質可以避免液體電解質帶給儲能器件的安全隱患，同時允許鋰金屬作為負極使用。在現有固態電解質中，聚環氧乙烷(PEO)基電解質被認為是最具前途的電解質體系之一，具有良好的對鋰穩定性以及力學柔性，吸引著許多研究者的關注，然而其室溫離子電導率、高電壓穩定性以及界面相容性等方面仍不能滿足現有商業生產的需求。

現有技術表明，正極表面修飾可以提高PEO基電解質在高電壓正極材料表面的穩定性。如文獻1：Cui等人(《A Strategy to Make High Voltage LiCoO₂ Compatible withPolyethylene Oxide Electrolyte in All-Solid-State Lithium Ion Batteries》[J].Journal of the Electrochemical Society,2017,164(14):A3454-A3461.)在LiCoO₂高電壓正極材料表面包覆一層耐高壓的聚腈基丙烯酸乙酯(PECA)薄膜，采用PEO作為固態電解質，其LiCoO₂/Li固態電池在80℃、0.1C倍率下首周放電容量為172.8mAh/g，在循環了70周后，容量衰減到90mAh/g；而沒有包覆的LiCoO₂/Li固態電池在相同條件下首周放電容量只有144.5mAh/g，在循環了20周后，放電容量迅速衰減到20mAh/g以下，因此PEO基聚合物電解質在高電壓電池中具有較差的循環性能，這是由于PEO在電壓3.9V以上會產生緩慢分解，不利于電池的電化學性能。而在正極表面包覆一層耐高壓薄膜，其固態循環穩定性有所提高，但是其固態電解質的室溫離子電導率較低，不能在室溫或者近室溫下應用，并且該工藝采用先包覆、再鍍膜的方法多步完成，工藝較為復雜，不利于生產應用。