[发明专利]一种固态锂电池聚合物电解质及制备和应用

说明书

本发明涉及离子电池电解质，具体的说是一种固态锂电池聚合物电解质及制备和应用。电解质为氟代烷氧基三氟硼酸锂盐，聚碳酸酯类聚合物，多孔支撑材料；其厚度为20–100μm；离子电导率为1×10‑7–9×10‑3S/cm；工作温度范围为‑10–150℃，电化学窗口大于5.0V(vs.Li+/Li)；本发明还公开了该类聚合物电解质的制备方法，制备为将锂盐、碳酸酯类聚合物按照一定比例溶于溶剂中，在多孔支撑材料上制膜，再经真空干燥，得到固态聚合物电解质材料。与传统的聚合物电解质相比，该类聚合物电解质具有高离子电导率、宽电化学窗口、宽温度工作范围等优点。

技术领域

本发明涉及离子电池电解质，具体的说是一种基于氟代烷氧基三氟硼酸锂盐的聚合物电解质及制备和应用。

背景技术

锂离子二次电池具有能量密度高，功率密度高，续航时间长等优点。目前的主流电解液都是锂盐溶于碳酸酯类溶剂得到的，液态电解质具有易燃、易爆等缺点，因而固态电解质越来越受人们的关注。目前的CN106450443A公开了一种PEO基聚合物电解质的方法，将PEO、纳米氧化物、锂盐在乙腈中分散，将混合液倒在聚四氟乙烯的模具中，自然干燥，最终制备出了微米级厚度的聚合物电解质薄膜，提高了聚合物电解质的电导；CN106410270A公开了一种聚碳酸酯为主链的锂单离子传导固态聚合物电解质及其制备方法，其中的M^-Li⁺为COOLi或SO₃Li等，聚合物单离子电解质具有合成简单易行、原料便宜易得、环境友好等优点。碳酸酯类聚合物电解质有着室温离子电导率高、电化学窗口宽的优点。

PEO类固态电解质有着易结晶的缺点，导致室温离子电导率较低；固态电解质中常用的锂盐都有着各自的缺点，如LiPF₆易分解、LiClO₄安全性低、LiSO₃CF₃腐蚀集流体等。LiBF₄有着低温性能好，不易水解等优点而备受关注，然而其室温离子电导率并不高，并且难以形成SEI膜。

我们开发的氟代烷氧基三氟硼酸锂盐在LiBF₄基础上进行了基团修饰，不仅有着更好的室温离子电导率，而且可以形成稳定的SEI膜。用这一类锂盐制备的固态聚合物电解质有着高离子电导率、宽温度工作范围、宽电化学窗口等优点。具有制备工艺简单，成本低等诸多优点。

所以本发明将碳酸酯类聚合物与氟代烷氧基三氟硼酸锂盐相结合，得到的聚合物电解质兼具高界面稳定性、宽电化学窗口、宽温度工作范围、高室温离子电导率的优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于氟代烷氧基三氟硼酸锂盐的聚合物电解质及制备和应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种固态锂电池聚合物电解质，其特征在于：固态电解质为氟代烷氧基三氟硼酸锂盐，碳酸酯类聚合物和多孔支撑材料；按重量百分比计，锂盐5-50％、碳酸酯类聚合物，余量为多孔支撑材料；

所述氟代烷氧基三氟硼酸锂盐为通式1所示锂盐中的一种或几种，其中通式1结构如下：

其中的R为：c₁-c₅的氟代烷基或含有芳环c₁-c₅的氟代烷基。

所述固态锂电池聚合物电解质厚度为20–100μm；离子电导率为1×10-7–9×10-3S/cm；工作温度范围为-10–150℃，电化学窗口大于5.0V(vs.Li+/Li)。

所述多孔支撑材料为纤维素无纺膜、玻璃纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(PET薄膜)、聚酰亚胺无纺膜中的一种或几种；

所述碳酸酯类聚合物为通式2所述的所示聚合物中的一种或几种的混合，其中通式2结构如下