[發(fā)明專利]一種固態(tài)電解質(zhì)及包括該固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)電池

有效

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• 申請日: 2021-09-26
• 公開（公告）號: CN113871710B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董德銳;趙偉;張趙帥;唐偉超;李素麗
• 申請（專利權(quán)）人: 珠海冠宇電池股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;謝怡婷

本發(fā)明涉及一種固態(tài)電解質(zhì)及包括該固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)電池，所述固態(tài)電解質(zhì)包括一種鋰化處理的聚合物，所述鋰化處理的聚合物是二異氰酸酯和醇類化合物的聚合物進(jìn)一步經(jīng)過鋰化處理得到的聚合物。所述固態(tài)電解質(zhì)具有自愈合功能，能在最大限度的減小受損后帶來的性能損失，從根本上實(shí)現(xiàn)高安全、高可靠性和長壽命的特點(diǎn)。此外，所述固體電解質(zhì)還可以解決與電極間界面阻抗大，界面相容性較差，同時(shí)充放電過程中正負(fù)極材料的體積膨脹和收縮導(dǎo)致的界面容易分離等問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)儲(chǔ)能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種固態(tài)電解質(zhì)、其制備方法和包括該固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)電池。

背景技術(shù)

鋰電池是目前發(fā)展最快的電池之一。然而隨著鋰電池市場需求量的增大，鋰電池安全性日益凸顯。許多手機(jī)和汽車的自燃事故都是由于電池內(nèi)部發(fā)生短路而產(chǎn)生大量熱，導(dǎo)致內(nèi)部電解液分解引起的。使用固態(tài)電解質(zhì)代替有機(jī)電解液這一技術(shù)有望從根本上解決上述問題。

固態(tài)電解質(zhì)包含無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)和有機(jī)聚合物固態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電解質(zhì)的使用雖在一定程度上抑制了枝晶生長，解決了漏液的安全問題，但是也存在固態(tài)電解質(zhì)被枝晶刺穿的問題，電解質(zhì)會(huì)遭到破壞，繼而影響使用壽命；另外，在制備或使用過程中由于外部的受力造成機(jī)械損傷繼而需要重新加工后才能繼續(xù)使用。

并且，固態(tài)電池在實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用前仍面臨一些重要問題亟待解決，固態(tài)電池中的關(guān)鍵材料間均為固/固剛性界面，關(guān)鍵材料層間發(fā)生接觸不良、產(chǎn)生層間界面間隙，此外，金屬鋰等高比能量電極材料在循環(huán)過程中產(chǎn)生的體積變化會(huì)造成極大的應(yīng)變，鋰的不均勻沉積導(dǎo)致鋰枝晶的產(chǎn)生，最終導(dǎo)致界面的破壞，嚴(yán)重影響固態(tài)電池能量穩(wěn)定輸出和循環(huán)壽命提升。

發(fā)明內(nèi)容

為了改善現(xiàn)有固態(tài)電解質(zhì)容易被枝晶刺穿或者由于外部的受力造成機(jī)械損傷而無法繼續(xù)使用的不足，本發(fā)明提供一種固態(tài)電解質(zhì)、其制備方法和包括該固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)電池，所述固態(tài)電解質(zhì)具有自愈合功能，能在最大限度的減小受損后帶來的性能損失，從根本上實(shí)現(xiàn)高安全、高可靠性和長壽命的特點(diǎn)。此外，所述固體電解質(zhì)還可以解決與電極間界面阻抗大，界面相容性較差，同時(shí)充放電過程中正負(fù)極材料的體積膨脹和收縮導(dǎo)致的界面容易分離等問題。本發(fā)明的固態(tài)電解質(zhì)包括一種自愈合聚合物材料，所述自愈合聚合物材料是一種基于生物體損傷自愈合的機(jī)理，在內(nèi)部裂紋處實(shí)現(xiàn)自愈合的功能材料，本發(fā)明的固態(tài)電解質(zhì)的使用可有效抑制裂紋的進(jìn)一步生長，避免材料破壞，提高安全性的同時(shí)延長使用壽命。

本發(fā)明目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種固態(tài)電解質(zhì)，其特征在于，所述固態(tài)電解質(zhì)包括一種鋰化處理的聚合物，所述鋰化處理的聚合物是二異氰酸酯和醇類化合物的聚合物進(jìn)一步經(jīng)過鋰化處理得到的聚合物。

根據(jù)本發(fā)明，所述二異氰酸酯選自甲苯二異氰酸酯(TDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯(HMDI)、六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、賴氨酸二異氰酸酯(LDI)、二甲苯烷二異氰酸酯(MPI)中的至少一種。

根據(jù)本發(fā)明，所述鋰化處理的聚合物具有下式1所示的結(jié)構(gòu)式：

式1中，n為聚合度。

根據(jù)本發(fā)明，所述鋰化處理的聚合物的離子電導(dǎo)率為0.08mS/cm～0.57mS/cm。

根據(jù)本發(fā)明，所述鋰化處理的聚合物的數(shù)均分子量為1×10³～8×10⁸。

根據(jù)本發(fā)明，所述鋰化處理的聚合物的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg為50～70℃。

根據(jù)本發(fā)明，所述鋰化處理的聚合物的拉伸強(qiáng)度可達(dá)15.9MPa。

根據(jù)本發(fā)明，所述固態(tài)電解質(zhì)還包括離子導(dǎo)體。