[發明專利]一種固態聚合物電解質及其電池制備方法

在審

• 申請號: 202211510584.8
• 申請日: 2022-11-29
• 公開（公告）號: CN115732754A
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發明（設計）人: 陳永勝;朱潔;張洪濤
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;C08G59/36;H01M10/052;H01M10/058
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司 11204
• 代理人: 王達佐;洪欣

本申請涉及固態聚合物電解質的制備方法，所述方法包括：將含有多個環氧官能團的醚類單體、有機溶劑和第一鋰鹽混合以獲得反應前驅體溶液，以及使所述反應前驅體溶液進行交聯聚合反應以獲得所述固態聚合物電解質。本申請還涉及通過所述方法制備的固態聚合物電解質、包含固態聚合物電解質的電池的制備方法。

技術領域

本申請屬于電化學領域。具體而言，本申請涉及固態聚合物電解質、其制備方法和用途，特別是其在電池(例如固態鋰金屬電池)中的用途。本申請還涉及包括所述固態聚合物電解質的電池的制備方法。

背景技術

鋰金屬負極因具有高理論比容量和最低的氧化還原電位，被視為非常有前景的下一代負極材料。用固態電解質取代有機液態電解質制備固態鋰金屬電池，有望推動鋰金屬負極的實際應用與發展。與液態電解質相比，固態電解質具有不滲漏、不揮發、阻燃等特點，能夠提高鋰金屬電池的安全性。此外，固態電解質的高機械強度也有望抑制枝晶的生長，從而提高鋰金屬電池的循環穩定性。

由于負載有一定量的有機溶劑，固態聚合物電解質具有優異的安全性和較高的離子電導率。

發明內容

本申請提供了固態聚合物電解質、制備所述固態聚合物電解質的方法以及包含所述固態聚合物電解質的電池。具體地，本申請通過含有多個環氧官能團的醚類單體的自身交聯聚合，或與含有單個環氧官能團的環氧化合物單體共聚交聯，以獲得具有交聯結構的固態聚合物電解質。

此外，本申請還提供了通過在電池殼體內的原位聚合來制備固態聚合物電解質的方法，從而實現了固態聚合物電解質與電極緊密的界面接觸。

第一方面，本申請提供了固態聚合物電解質，所述固態聚合物電解質通過反應前驅體溶液的交聯聚合反應而獲得，所述反應前驅體溶液包含：含有多個環氧官能團的醚類單體、有機溶劑和第一鋰鹽。

第二方面，本申請提供了固態聚合物電解質的制備方法，所述方法包括：

將含有多個環氧官能團的醚類單體、有機溶劑和第一鋰鹽混合以獲得反應前驅體溶液，以及

使所述反應前驅體溶液進行交聯聚合反應以獲得所述固態聚合物電解質。

第三方面，本申請提供了電池的制備方法，所述方法包括：

將含有多個環氧官能團的醚類單體、有機溶劑和第一鋰鹽混合以獲得反應前驅體溶液，

將所述反應前驅體溶液添加至包括正極、負極和隔膜的電池殼體中，以及

使所述反應前驅體溶液進行交聯聚合反應以獲得電池。

在一些實施方案中，所述含有多個環氧官能團的醚類單體選自由以下式1至式5表示的化合物及其任意組合：

其中在式1至式5中，

R₁和R₂在每次出現時各自獨立地選自-H、-F、-Cl、-Br、-I、-C_xH_2x+1或-OC_xH_2x+1，其中x為1至5的整數，

R₃至R₆在每次出現時各自獨立地選自-H、-F、-Cl、-Br、-I、-C_xH_2x+1、-OC_xH_2x+1或-CH₂-O-(CHR₁-CHR₂-O)_n-CH₂-(CH)CH₂O，其中x為1至5的整數，以及

n在每次出現時獨立地為1至20的整數。