[發明專利]一種耐高壓含磷聚合物電解質薄膜及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202211200031.2
• 申請日: 2022-09-29
• 公開（公告）號: CN115449100A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 米宏偉;仇斌;張培新;任祥忠
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L71/02;C08L27/16;C08K5/435;C08K5/521;H01M10/0565;H01M10/052;H01M10/058
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 劉芙蓉

本發明提供了一種耐高壓含磷聚合物電解質薄膜及其制備方法和應用，方法包括：將聚合物和有機溶劑混合，加熱攪拌，得到聚合物溶液；將鋰鹽和含磷有機助劑混合，靜置陳化，得到含磷鋰鹽溶液；將兩種溶液混合，加熱攪拌，超聲脫泡、恒溫水浴陳化后，得到含磷聚合物電解質漿料；含磷聚合物電解質漿料制備成膜，去除溶劑，得到耐高壓含磷聚合物電解質薄膜。該耐高壓含磷聚合物電解質薄膜具有高室溫離子電導率、高電化學穩定窗口以及高界面兼容性。該耐高壓含磷聚合物電解質薄膜可以匹配高壓正極材料，具有出色的電化學穩定性，適用于高壓鎳鈷錳?鋰金屬電池、鈷酸鋰?鋰金屬電池、錳酸鋰?鋰金屬電池、鎳鈷鋁?鋰金屬電池、磷酸鐵鋰?鋰金屬電池。

技術領域

本發明屬于固態電解質技術領域，尤其涉及一種耐高壓含磷聚合物電解質薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

由于鋰離子電池的能量密度受制于目前可選用的正負極電極材料，使得鋰離子電池的能量密度的進一步提升面臨很大困難。因此，開發使用安全、能量密度高的鋰離子電池已成為能源存儲領域迫切需要解決的問題。

采用鋰金屬(理論容量3860mAh/g)作為鋰離子電池的負極，能夠有效提升鋰離子電池的能量密度，具有非常大的應用前景。然而該鋰金屬電池使用的是易燃易爆的液態有機電解質，容易出現熱失控相關安全問題。同時，液態有機電解質與正負極界面的劇烈副反應加速了鋰離子電池的容量損失。然而使用聚合物固態電解質一方面可以解決上述鋰金屬電池的安全性問題；另一方面，該種鋰金屬電池制備工藝簡單，易于大規模生產，同時聚合物固態電解質兼具獨特的結構強度和拉伸性能，使得鋰金屬電池滿足能量密度高、安全穩定等性能要求。

目前所報道聚合物固態電解質主要有聚環氧乙烷及其衍生聚合物為主的聚醚體系、聚丙烯腈體系、聚碳酸酯體系、聚偏氟乙烯及其共聚物體系，其具有柔韌性好、易于進行化學改性等優點，但是其存在室溫下鋰離子電導率較低、電化學穩定性較弱，與商用常見的高壓正極材料兼容性差等問題。

因此，現有技術仍有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種耐高壓含磷聚合物電解質薄膜及其制備方法和應用，旨在解決現有聚合物電解質薄膜與商用常見的高壓正極材料兼容性差的問題。

第一方面，本發明提供一種耐高壓含磷聚合物電解質薄膜的制備方法，其中，包括步驟：

將聚合物和有機溶劑混合，進行第一加熱攪拌，得到聚合物溶液；

將鋰鹽和含磷有機助劑混合，進行靜置陳化，得到含磷鋰鹽溶液；

將所述聚合物溶液與所述含磷鋰鹽溶液混合，進行第二加熱攪拌，然后進行超聲脫泡、恒溫水浴陳化，得到含磷聚合物電解質漿料；

將所述含磷聚合物電解質漿料制備成膜，去除溶劑，得到所述耐高壓含磷聚合物電解質薄膜。

可選地，所述聚合物選自聚環氧乙烷、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯腈、聚碳酸丙烯酯中的兩種。

可選地，所述有機溶劑選自N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙腈、四氫呋喃、丙酮、乙醇中的至少一種。

可選地，所述聚合物和所述有機溶劑的質量比為1：(0.1-1000)。

可選地，所述鋰鹽選自六氟磷酸鋰、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、雙氟草酸硼酸鋰、高氯酸鋰、三氟甲烷磺酸鋰中的至少一種。

可選地，所述含磷有機助劑選自磷酸一銨、磷酸二銨、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、二甲基磷酸甲酯、二乙基磷酸乙酯中的一種或兩種。

可選地，所述鋰鹽和所述含磷有機助劑的質量比為1：(0.1-10)。