[发明专利]一种采用离子液体型固态聚合物电解质的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种固态聚合物电解质锂二次电池，属于锂二次电池关键材料和技术领域。

背景技术

自20世纪90年代末聚合物锂离子电池问世以来，其关键材料聚合物电解质就成为世界上各大科研机构竞相研究的热点。随着人们对电池安全性的日益重视，要求研制出具有高耐热性、不软化、不含电解液、高电导率，并具有一定机械强度的新型固态聚合物电解质来满足固态锂二次电池组装的需要。

固态聚合物电解质(SPE)由于可彻底解决锂离子电池漏液等问题，具有高安全性，从而受到广泛的重视。但其电导率低，通常只能达到10^-5S/cm，尚不能达到实用化的要求，所以其研究工作一直仅仅停留在实验室阶段。固态聚合物电解质常用的聚合物有聚氧化乙烯(PEO)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)等聚合物，难于从根本上改变原有体系固有的结晶区域，因而玻璃化转变温度(T_g)较高(-50℃左右)等问题一直较难解决，其电导率很难达到实用化的要求，制约了它们作为固态聚合物电解质材料的应用。

由3-取代和3，3’-二取代氧杂环丁烷单体阳离子开环聚合得到的聚醚是一类具有广泛用途的合成高分子材料，可作为聚合物液晶、高憎水材料、含能材料等。日本的Miwa等人(MiwaY.，Tsutsumi H.，Oishi T，[J].Electrochemistry，2002，70(4)：2345)以3-羟甲基-3-乙基氧杂环丁烷为起始原料，把不同长度PEO短链引入氧杂环丁烷中，然后用引发剂进行阳离子开环聚合，得到一类SPE。这类氧杂环丁烷聚醚有较优良的电化学性质，在添加LiBF₄后可作为聚合物电解质使用，室温电导率可以达到10^-4S/cm。但其力学性能较差，成膜困难，从而限制了其在聚合物电解质领域的进一步应用。

聚硅氧烷是一类具有优良高低温性能的聚合物材料，其T_g与聚醚相比要低50℃左右，即可以达到-100℃；-40℃下电导率仍然可以达到10^-3S/cm；高温下热稳定性好，700℃下仅热失重4％，机械性能出众，这就为聚合物锂电池的安全性能提供了保障。

离子液体具有很多其他液体所不具备的优点，如液态温度范围宽(可达300℃)、可以溶解许多高分子材料、蒸气压低、无挥发性、电化学窗口宽、较好的热稳定性和化学稳定性、适宜的黏度、对环境无污染等，因而被广泛用于催化和电化学领域。将室温离子液体引入到机械性能良好的聚合物中形成离子液体聚合物电解质，使该聚合物电解质兼具离子液体和聚合物电解质的优点，可显著提高电解质的电导率、热稳定性。

考虑到聚醚体系的成膜性能差，聚硅烷体系与电极的相容性欠佳等问题，本专利发明了一种离子液体型固态聚合物电解质并将其应用于固态锂二次电池中，本发明的固态聚合物电解质可集中聚醚体系高电导率、聚硅氧烷的高低温稳定性与阻燃性、离子液体的安全性等优点，通过开环聚合合成一种以硅氧烷和氧杂环丁烷(聚醚)无规共聚物为主链，支链悬有咪唑类离子液体的离子液体型聚合物。在合成过程中添加锂盐，与离子液体共存构成固态聚合物电解质。由于该材料具有不易燃的特性，有望克服传统有机溶液增塑型电解质的一些缺点，可提高锂二次电池的使用温度范围，延长使用寿命以及降低安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用离子液体型固态聚合物电解质的锂二次电池。

本发明的另一目的在于提供一种具有电导率高、安全性好、能够自支撑成膜的离子液体型固态聚合物电解质。

本发明的再一目的在于提供上述离子液体型固态聚合物电解质的制备方法。