[发明专利]一种聚合物电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种聚合物电解质及其制备方法和应用。该聚合物电解质包括结构单元A、结构单元B、结构单元C三种结构单元，所述聚合物电解质在室温下为固体。本发明的聚合物电解质，具有结构单元A、结构单元B、结构单元C三种结构单元，其中结构单元A为锂离子提供单元；结构单元B为锂离子传导单元；结构单元C为聚合物结构支撑单元，为聚合物电解质提供一定的机械强度，同时还具有锂离子传输功能；结构单元A、结构单元B、结构单元C自身或相互之间以单键连接，该聚合物电解质的机械性能和柔韧性较好，可以根据外力的改变而不断变化，从而降低对锂离子传输的影响，保持电流密度的均一性，有效抑制锂枝晶的生长。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种聚合物电解质及其制备方法和应用。

背景技术

锂因具有较高的理论比能量，相比于碳更适于用作锂电池的负极材料。锂电池循环充放电过程中，由于离子在电解液中的扩散密度不均一，会出现锂在锂片负极的不均匀沉积，这种持续的聚集沉积会产生比其他沉积层更突出的结构，即锂枝晶。锂枝晶的产生不仅会导致锂电池的整体性能大幅度下降，而且还有可能造成电池发生内短路从而引发热失控甚至爆炸等严重后果。

为了解决锂枝晶导致的安全隐患，研究者也从多方面进行了尝试，如：电解液替代、在电解液中加入有效的添加剂等。其中，选用固体聚合物电解质替换现有液体电解质是目前的研究重点之一。人们希望利用金属锂与聚合物电解质膜组成的SEI膜界面来增强界面的稳定性和提高安全性。而SEI膜的稳定性和均匀性与成膜锂离子的数量和均匀性有关，目前的固体聚合物电解质技术中，通常是通过在聚合物电解质中添加锂盐作为锂离子来源，无法保证锂盐在聚合物中的分散程度，从而影响锂电池中电流密度的均一性；同时，现有的固态聚合物电解质均为多种聚合物复合在一起形成的复合聚合物电解质，容易发生结构坍塌和相分离的问题。上述因素导致现有聚合物电解质无法有效抑制锂枝晶的生长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚合物电解质，从而解决现有聚合物电解质在抑制锂枝晶生长方面效果差的问题。

本发明的第二个目的在于提供上述聚合物电解质的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供上述聚合物电解质在锂离子电池中的应用。

为实现上述目的，本发明的聚合物电解质所采用的技术方案是：

一种聚合物电解质，包括结构单元A、结构单元B、结构单元C三种结构单元，其中，结构单元A的结构式如式1所示：

结构单元B的结构式如式2所示：

式2中，m的取值为7～16的整数；

结构单元C的结构式如式3所示：

式3中，n的取值为7～20的整数；所述聚合物电解质在室温下为固体。

本发明的聚合物电解质，具有结构单元A、结构单元B、结构单元C三种结构单元，其中结构单元A为锂离子提供单元，可以为聚合物电解质提供稳定和均匀的锂离子，且结构单元A采用磷酸锂结构，该结构具有较小的解离能，易于解离出锂离子，提高聚合物电解质中的锂离子数量；结构单元B为锂离子传导单元，增加锂离子的传导速率；结构单元C为聚合物结构支撑单元，为聚合物电解质提供一定的机械强度，同时还具有锂离子传输功能；结构单元A、结构单元B、结构单元C自身或相互之间以单键连接。该聚合物电解质的机械性能和柔韧性较好，可以根据外力的改变而不断变化，从而降低对锂离子传输的影响，保持电流密度的均一性，有效抑制锂枝晶的生长。