[发明专利]一种有机-无机复合电解质膜，其制备方法及应用

说明书

技术领域

本申请涉及一种电解质膜、其制备方法及应用，属于电池材料领域。

背景技术

随着环境污染、能源危机与资源短缺等问题的日益突出，世界各国越来越高度重视高效、清洁、可再生能源以及电动交通工具等相关技术的发展。

近年来随着便携式电子设备的普及、电动车的发展，作为新一代高能电源的锂离子电池得到了极大的关注。而凝胶聚合物电解质锂离子电池由于不仅具有高比容量、高工作电压、高循环寿命、无记忆效应及环境友好等优点，而且安全、柔韧性好、易加工，自1999年投放市场以来，立即引起人们广泛关注。电池所需的聚合物电解质膜必须有较好的离子电导率，以确保电池有较低的内阻；在实际应用中它还需要具有良好机械性能。因此，开发高性能的聚合物电解质膜已成为国际国内的一个研究热点。

为了满足客户对电芯能量密度越来越高的要求，各大电芯厂家通过提高极片压实密度，降低隔离膜厚度等方法在相同的体积内尽量多的填充活性物质，这就使得电芯内部留给电解液的空间减小，而电解液的消耗并没有相应的减少，从而使得软包电芯出现涨液问题；而涨液会影响电芯的外观及超厚等问题，直接影响电芯出货。另外，高能量密度伴随这高电压的应用，因此，开发适用于高电压体系的高性能电解质膜已迫在眉睫。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供一种有机-无机复合电解质膜。该电解质膜在保持聚合物低结晶度的同时，具有丰富的孔结构和高的孔隙率，从而能够极大提高电解质膜的离子导电率。其中，多孔无机颗粒除了可以提高电解质膜的保液能力，增强电芯的循环寿命，还能在内部形成丰富的离子通道，进一步提高电解质膜的离子导电性和电化学稳定窗口，能够达到高电压系统应用的要求。

所述有机-无机复合电解质膜，其特征在于，所述有机-无机复合电解质膜是含有多孔有机-无机复合颗粒的多孔聚合物膜；所述多孔有机-无机复合颗粒含有多孔无机物和热固性树脂。

优选地，所述有机-无机复合电解质膜的孔隙率不低于45％。优选地，所述有机-无机复合电解质膜的孔隙率的不低于48％、54％、55％、56％、57％、58％、60％、61％、62％、63％、65％、68％或70％。

优选地，所述有机-无机复合电解质膜中含有大孔和小孔；所述大孔的平均孔径为200～1000nm，所述小孔的平均孔径为30～500nm；大孔的平均孔径大于小孔的平均孔径。

优选地，所述大孔的平均孔径范围上限选自900nm、800nm、700nm、600nm、560nm，下限选自200nm、300nm、400nm、450nm、500nm.

优选地，所述小孔的平均孔径范围上限选自300nm、150nm、100nm，下限任选自30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm。

优选地，所述大孔位于电解质膜的表面区域，所述小孔位于电解质膜的内部。

优选地，所述大孔位于电解质膜的两个表面中至少一个表面的表面区域。进一步优选地，所述大孔位于电解质膜两个表面的表面区域。

优选地，所述大孔位于距离电解质膜一个表面不超过电解质膜厚度50％的区域。即，当所述大孔位于电解质膜的两个表面中一个表面的表面区域时，所述表面区域为距离电解质膜表面不超过电解质膜厚度50％的区域。进一步优选地，所述大孔位于距离电解质膜一个表面不超过电解质膜厚度40％的区域。更进一步优选地，所述大孔位于距离电解质膜一个表面不超过电解质膜厚度30％的区域。

优选地，所述大孔位于分别距离电解质膜两个表面不超过电解质膜厚度25％的区域。即，所述大孔位于电解质膜两个表面的表面区域时，所述表面区域为距离电解质膜表面不超过电解质膜厚度25％的区域。进一步优选地，所述大孔位于分别距离电解质膜两个表面不超过电解质膜厚度20％的区域。更进一步优选地，所述大孔位于分别距离电解质膜两个表面不超过电解质膜厚度15％的区域。

优选地，所述多孔有机-无机复合颗粒的粒径为500～2000nm。

优选地，所述多孔无机物的孔隙率为50％～95％。进一步优选的，所述多孔无机物的孔隙率范围上限选自94％、93％、92％、90％，所述多孔无机物的孔隙率范围下限选自50％、60％、70％、80％。

优选地，所述多孔无机物选自Al₂O₃、TiO₂、SiO₂、MgO、ZrO₂、AlBr₃、BaTiO₃中的至少一种。