[发明专利]一种锂电池固体电解质及全固态锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂电池固体电解质及全固态锂电池，属于锂电池领域。

背景技术

锂电池因具有使用寿命长、工作电压高、能量密度高等优点而被广泛应用，然而目前多数商品化锂电池因使用易燃易爆的有机电解液，存在安全隐患。同时，由于电解液为液态，致使该类锂电池缺乏优异的加工性能，从而限制了其应用范围。

采用固体电解质作为锂电池的电解质可以有效解决上述两个问题，因此开发具有高离子电导率和优异机械加工性能的固体电解质成为目前锂电池研究的热点之一。

固体电解质的研究主要集中在两方面：一种是无机锂离子导电晶体为主体的固体电解质，如中国专利(CN101103485A)公开的一种具有Li_1+x+yAl_xTi_2-xSi_yP_3-yO₁₂主晶相的无机固体电解质；另一种是有机聚合物为主体的固体电解质，如中国专利(CN102891335A)公开的一种使用聚氧乙烯为聚合物基体并加入纳米颗粒及锂盐制备的固体电解质。

无机固体电解质虽然具有较高的电导率，但是其合成过程复杂，成本高，且脆而硬，没有弹性，导致其与电极接触界面阻抗大。而现有的有机固体电解质的电导率相对较低，特别是在高温下电导率低，稳定性差。

发明内容

针对现有技术中的全固态锂电池存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种耐热性能好、加工性能好，且具有较高电导率的锂电池固体电解质。

本发明的另一个目的是提供一种高电导率，较好倍率性能和循环性能，在高温下仍能保持较好电化学稳定性的安全型全固态锂电池。

本发明提供了一种锂电池固体电解质，该固体电解质由交联型聚合物和锂盐按以下质量百分比组分组成：交联型聚合物62％～84％；锂盐16％～38％；所述的交联型聚合物由Y(CH₂)_nSiX₃或SiX₄与聚乙二醇通过交联反应制备得到；其中，n为0～3，Y为含有硫、氧或氮的有机基团，或含有烯基的有机基团，X为可水解基团。

优选的锂电池固体电解质，Y选自羟基、环氧基、酰胺基、乙烯基、氨基、氨丙基、甲基丙烯酰氧基、巯基、脲基中的一种。

优选的锂电池固体电解质，X选自卤素、烷氧基、酰氧基中的一种。

优选的锂电池固体电解质，聚乙二醇分子量为300～2000。

较优选的锂电池固体电解质，所述锂盐选自LiPF₆、LiAsF₆、LiBF₄、LiClO₄、LiN(SO₂CF₃)₂、LiCF₃SO₃、LiC(SO₂CF₃)₃、LiBC₂O₄F₂、LiC₄BO₈、双草酸硼酸酯锂、异丙醇锂及其衍生物中的一种或两种。

本发明还提供了一种全固态锂电池，包括正极极片及正极活性材料，和负极极片及负极活性材料，在正极极片和负极极片之间设有所述的电解质制备的电解质膜。

优选的全固态锂电池，固体电解质的厚度为0.1～0.5mm。

优选的全固态锂电池，电解质膜由电解质在80～150℃温度下热压成型制备得到，或者通过溶剂浇铸法制备得到。优选为采用热压成型的方式制备电解质膜。

优选的全固态锂电池，正极活性材料选自钴酸锂、锰酸锂、镍锰材料、磷酸铁锂、镍钴锰、镍钴铝三元材料以及含硫材料中的一种。

优选的全固态锂电池，负极活性材料选自锂金属、硬碳、软碳、硅材料以及锡材料中的一种。

本发明的交联型聚合物的制备方法：将硅烷偶联剂(Y(CH₂)_nSiX₃或SiX₄)和聚乙二醇组分添加到溶剂中，在惰性气体保护下，搅拌共混均匀，得到均一相的溶液后，减压旋蒸去除溶剂，得到交联型聚合物。

本发明的固体电解质薄膜的优选制备方法：将交联型聚合物和锂盐组分在手套箱中充分混合均匀后，在80～150℃温度下热压成型，得到锂电池固体电解质。