[发明专利]一种交联聚合物基全固态电解质材料及交联聚氧乙烯醚的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种交联聚合物基全固态电解质及交联聚氧乙烯醚的应用，属于锂电池材料用领域。 

背景技术

聚合物电解质相比于传统电解液，具有高温稳定性好、电化学窗口宽、安全性能高、易于与高电压电极匹配的优点，更适于下一代高性能锂离子电池大型化、高能量密度的发展需求，在电动汽车、储能电站等领域具有广阔应用前景。 

聚合物电解质由聚合物和锂盐两个部分组成，聚合物相当于固体溶剂，起解离锂盐和传导锂离子的作用，锂盐则起提供锂离子的作用。聚合物的研究始于1973年，Wright等首次发现聚氧乙烯(PEO)与碱金属盐的配合物具有离子导电性。之后，人们不断对其进行研究并产生了诸多具有不同物理和电化学性质的聚合物电解质基体。 

现在研究的聚合物基体可以分为线性PEO类、交联聚合物、梳形聚合物等类别。线性PEO指长链结构的聚氧乙烯电解质，即最早Wright发现的电解质基体，其EO单元结构具有较高的介电常数，达到8。现在研究的交联型、梳形聚合物等也均以聚氧乙烯的EO单元为电解质的主要组成部分。然而线性PEO的导锂能力比较差，常温下只有10^-6～10^-5S/cm，且常温下与电极界面的阻抗较大，因此其应用受到了一定程度的限制。这主要是由于PEO的结晶度较高，而锂离子的迁移主要是通过非晶区的链段运动实现导致的。通过交联和梳形化可以抑制PEO链的结晶，将导电率提高至10^-5～10^-4S/cm甚至更高。向电解质中加入无机纳米颗粒制成有机—无机杂化电解质也是现在电解质研究的一个主流方向。加入无机纳米颗粒主要可以起到两方面的作用：（1）提高电解质的电导率；如线性PEO电解质中加入纳米Al₂O₃颗粒后电导率可以提高至10^-5S/cm。（2）提高电解质机械强度。（3）提高电解质与电极之间的界面稳定性。 

近些年，人们正在将研究重点转向聚合物电解质电池的研究，并不断地有关于电池性能的报道。线性PEO电解质电池性能的研究一般在60～120℃下进行，而交联型、梳形结构的电解质电池性能的研究则集中在常温下进行。如2010年，Mastragostino等对磷酸铁锂为正极，锂为负极，PEO₂₀-LiCF₃SO₃+10%ZrO₂为电解质的全固态电池100℃下的性能进行了研究，1/10C、1/5C、1/3C、1/2C、1C条件下的首次放电比容量分别可以达到138mAh/g、132mAh/g、123mAh/g、106mAh/g、57mAh/g，1/3C下循环375次后仍可以保持100mAh/g的容量。2009年，Wang等采用一种带聚醚侧链的聚硅氧烷基电解质制备的钴酸锂半电池常温下0.1C循环也可以得到130mAh/g的首次放电比容量，循环性能也比较优异。 

发明内容

本发明针对传统电解液电池安全性能差，不能在60℃以上工作的问题，提供了一种电导率相对较高、电化学窗口宽，且与电极材料相容性好的交联聚合物基全固态电解质材料，该电解质材料制成电解质膜后，组装的电池具有高温循环稳定性好，充放电比容量高，保持率好的特点。 

本发明的另一个目的是在于提供交联聚氧乙烯醚的应用，将交联聚氧乙烯醚作为固体电解质材料制备的全固态电解质薄膜导电率高、电化学窗口宽，组装成的锂电池高温循环稳定性好、充放电比容量高，保持率好。 

本发明提供了一种交联聚合物基全固态电解质材料，该全固态电解质材料由以下质量百分比组分组成： 

交联聚氧乙烯醚66%～84%； 

锂盐10%～20%； 

改性剂3%～18%； 

所述的交联聚氧乙烯醚具有式1单元结构： 

其中，m为2～50； 

M为交联剂残基。