[发明专利]单离子聚合物电解质，其制备方法及锂离子二次电池

说明书

本发明公开了一种单离子聚合物电解质，其制备方法及锂离子二次电池。该单离子聚合物电解质为分子链主链上含有sp³杂化硼阴离子的π共轭聚合物锂盐。这种单离子聚合物电解质中，由于sp³杂化硼阴离子被固定在了聚合物的分子链主链上，使得其电迁移受到了抑制，从而能够防止其在放电过程中运动至锂离子二次电池的阴极引起浓差极化，从而改善电池的性能。更重要地是，由于sp³杂化硼阴离子上的负电荷被离域化，使得其与带正电荷的锂离子之间的作用力较弱，从而使得锂离子更容易被溶剂化，发生电离。这就有利于提高单离子聚合物电解质的电导率，将其应用至锂离子二次电池中时，电池中电荷传输能力更高，最终得以改善锂离子二次电池的电性能。

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池制造领域，具体而言，涉及一种单离子聚合物电解质，其制备方法及锂离子二次电池。

背景技术

传统的锂离子二次电池中使用的是液态有机电解质溶液。即将锂盐，比如六氟磷酸锂(LiPF₆，lithium hexafluorophosphate)、高氯酸锂(LiClO₄，lithium perchlorate)、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI，lithium bis(trifluoro emthylsulfonyl)imide)、双(氟磺酰)亚胺锂(LiFSI，lithium di(fluorosulfonyl)imide)或二草酸硼酸锂(LiBOB，lithium bis(oxalate)borate)溶解于有机溶剂中，有机溶剂为碳酸丙烯酯(PC，propylenecarbonate)、碳酸乙烯酯(EC，ethylenecarbonate)、碳酸二乙酯(DEC，diethylcarbonate)、EMC(碳酸甲乙烯酯，ethyl methyl carbonate)、碳酸二甲酯(DMC，dimethylcarbonate)等。这种锂离子二次电池中的离子传导由溶剂化的正负离子共同承担。在放电过程中，阳极被氧化，即失去电子和形成锂离子。其中电子通过外电路到达阴极；锂离子则电迁移至阴极，发生嵌锂过程。然而，为了保持电中性，锂离子在电迁移的同时，阴离子向相反的方向，即向阳极移动。与阳离子不同的是，阴离子在阳极不发生嵌入行为。那么，这些聚集在阳极的阴离子会阻碍不断产生的锂离子向阴极迁移，导致浓差极化，表现为放电电压低于平衡电动势。在充电的过程中，阴离子同样会在阳极富集，阻碍锂离子向阴极迁移，导致浓差极化，表现为充电电压高于平衡电动势。而且，一些研究表明，某些阴离子分解释放的产物会破化SEI(solid electrolyte interpahse)膜。

聚合物锂离子二次电池采用聚合物电解质代替了传统锂离子二次电池中的液态有机电解质溶液，因此可以做的更紧凑、更安全。但是，其中的聚合物电解质是前述的无机锂盐与高分子的复合物，在充/放电过程中，依然存在的浓差极化仍旧会导致电池性能衰减。

为了解决上述浓差极化导致的电池性能衰减的问题，一种思路是限制阴离子的移动，使锂离子承担电荷传输，即使锂离子的迁移数为1。目前主要有两种做法：一种是将阴离子固定在某种基底上，例如无机纳米颗粒，高分子骨架等；另一种是加入一些阴离子螯合剂，形成的电解质也称为单离子电解质。