[发明专利]一种不燃复合型固态聚合物电解质及其在固态二次电池中的应用

说明书

本发明公开了一种不燃复合型固态聚合物电解质，其特征在于，包括按质量百分数计的以下各组分：1％‑10％无机快离子导体纳米粒子、50‑80％聚磷酸酯聚合物、10％‑40％金属盐化合物。本发明中的无机有机复合型全固态电解质具有完全不燃的特性，而且制备工艺简单，性能优异，特别适用于高安全高能量密度储能电池，尤其在安全性要求苛刻的领域，如军事、航空航天、电动汽车和大规模储能电站等领域具有非常广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及固态电解质，具体地指一种不燃复合型固态电解质及其在固态二次电池中的应用。

背景技术

随着电动汽车和智能电网大规模储能的发展，人们对高安全性、高能量密度的动力电池和储能系统的需求越来越迫切。现有液态锂离子电池具有较低的电池内阻及良好的循环稳定性。然而，液态电解液与凝胶电解质都含有大量易燃、易挥发的有机溶剂，当发生短路，电池温度升高时，电解液与电极之间的化学反应将会迅速加快，进而引起热失控，最终导致电池密封失效而起火燃烧爆炸。近年来，大容量锂离子电池的安全事故时有发生。虽然通过添加阻燃剂、采用耐高温陶瓷隔膜、正负极材料表面修饰、优化电池结构设计、优化BMS、在电芯外表面涂覆相变阻燃材料、改善冷却系统等措施，能在相当程度上提高现有锂离子电池的安全性，但这些措施无法从根本上消除大容量电池系统的安全隐患，特别是在电池极端使用条件下、在局部电池单元出现安全性问题时。

为了解决现有商业液态锂离子电池所面临的问题，采用固体电解质的全固态锂电池可以解决以上问题。固体电解质大致可分为聚合物固体电解质和无机固体电解质。聚合物固体电解质是采用锂盐与聚合物复合形成的电解质材料。其在玻璃化转变温度以上具有较高的电导率，并具有良好的柔韧性及电极界面接触性能。但是聚合物电解质的缺点是室温离子电导率偏低，难以满足室温锂离子电池的应用。相对于聚合物固体电解质，无机固体电解质具有较高的室温离子电导率，能够在宽的温度范围内保持化学稳定性。但无机固体电解质的缺点是脆性较大，柔韧性差，制备工艺复杂，成本较高。若能兼顾二者的优点，则可以最大程度地实现固体电解质的综合性能的提升。

但聚合物固态电解质中常用的高分子材料如聚氧化乙烯和聚碳酸酯等聚合物电解质在火焰中是可以燃烧的，因而无法确保其制作的固态电池在极端条件不发生燃烧爆炸事故。也有人曾研究聚磷腈固态电解质，但是由于合成复杂，价格昂贵等原因也没有推广应用。

因此，需要开发出一种阻燃效果好、电导率高、机械性能优良的复合型固态聚合物电解质。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种阻燃效果好、电导率高、机械性能优良的复合型固态聚合物电解质。

本发明的技术方案为：一种不燃复合型固态聚合物电解质，其特征在于，其特征在于，包括按质量百分数计的以下各组分：

1％-10％无机快离子导体纳米粒子、

50％-80％聚膦酸酯聚合物、

10％-40％金属盐化合物、

所述无机快离子导体纳米粒子、聚膦酸酯聚合物、金属盐化合物质量百分数之和为100％；所述金属盐化合物为锂盐化合物或钠盐化合物；

所述聚膦酸酯聚合物由甲基二氯氧膦与二元醇和/或三元醇和/或四元醇在体系中Cl/OH的摩尔比为1:1-1.2时聚合所得。

聚膦酸酯聚合物结构单元为：

优选的，其中聚膦酸酯聚合物为以下Ⅰ或Ⅱ或Ⅲ或Ⅳ或Ⅴ结构：

其中，R₁和R₂为如下结构中的一种且R₁≠R₂：