[发明专利]一种高性能固态电解质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，特别涉及一种高性能固态电解质及其制备方法。

背景技术

作为一类主要的电化学储能器件，锂离子电池具有能量密度高、充电速度快、自放电率低、循环寿命长以及无记忆效应等有点，在数码相机、笔记本电脑、智能手机以及手环以及谷歌眼镜等便携式电子设备上得到了广泛的应用。此外，锂离子电池在混合动力汽车和电动汽车等领域也表现出巨大的潜力。例如，依靠锂离子电池功能的特斯拉电动汽车已经实现商业化。传统锂离子电池主要由正极、负极和电解质三部分构成，其中电解质作为锂离子在正负极之间传导的通道，扮演着十分重要的角色。电解质直接影响着锂离子电池的容量、使用温度、安全性和循环性能指标。固态电解质作为一类高安全的电解质体系，具有避免电池内部短路、防止电解液泄露、不含易燃易爆成分等独特优势，表现出广阔的应用前景，使其受到了大量国内外研究者们的广泛关注。而且，固体电解质的分解电压比液体电解质高近1V，因此能够提高电池的能量密度。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、锂盐分散在乙腈中，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率；CN106410270A公开了一种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。

绝大多数的锂离子传导都是使用基于聚环氧乙烷(PEO)的固态聚合物电解质，它有着易结晶的缺点，导致室温离子电导率较低，所以在室温下不可用。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供一种高性能固态电解质及其制备方法。采用的复合型固态聚合物电解质，在室温下有着较高的离子电导率，而且可以与商业化磷酸铁锂正极有着良好的兼容性，可以形成稳定的SEI膜。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种固态聚合物电解质，所述电解质由具有导锂离子能力的聚合物和锂盐组成；

其中，所述具有导锂离子能力的聚合物为聚三亚甲基碳酸酯PTMC和聚己内酯PCL的混合物。

优选的，所述聚三亚甲基碳酸酯与聚己内酯的质量之比为0.05～5：1。

优选的，所述电解质中锂盐的质量分数为10％～50％，具有导锂离子能力的聚合物在电解质中的质量分数为50％～90％。

优选的，所述聚三亚甲基碳酸酯的分子量为0.1万～20万。

优选的，所述聚己内酯的分子量为2万～12万。

优选的，所述的锂盐为LiTFSI、LiPF₆、LiClO₄、LiAsF₆、LiBF₄、LiCH₃SO₃、LiCF₃SO₃、LiBO、LiN(CF₃SO₂)₂中的至少一种。

本发明还提供了一种固态聚合物电解质的制备方法，包括：

在室温条件下，将锂盐、聚三亚甲基碳酸酯PTMC和聚己内酯PCL溶于乙腈或丙酮中，混合均匀，经两次干燥，即得固态电解质薄膜。

优选的，所述两次干燥的具体步骤为：在鼓风干燥箱中以70℃干燥12～24h，然后转移至真空干燥箱中以60℃干燥8～16h。

本发明还提供了一种全固态锂离子电池，由正极、负极以及位于正极和负极之间的电解质组成，电解质采用任一上述的固态聚合物电解质，正极包括：正极活性材料、集流体，导电剂以及粘结剂；负极包括负极活性材料、集流体，导电剂以及粘结剂。

优选的，所述正极活性材料包括：钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、锂镍钴氧、锂镍钴锰氧、磷酸铁锰锂。

本发明所述的固态聚合物电解质具有合成方法简单、室温下电导率高、与正/负极电极材料接触的界面稳定以及界面阻抗小等优点。本发明还公开了该聚合物电解质的制备方法，制备步骤为将锂盐、聚合物按照一定比例溶于溶剂中，然后将溶剂置于聚四氟乙烯模具中，在鼓风干燥箱中烘干后再经真空干燥，得到固态聚合物电解质材料。采用本发明所述的固态聚合物组装的固态锂离子电池具有良好的循环性能。

本发明的有益效果

(1)本发明所用的两种聚合物原料(聚三亚甲基碳酸酯和聚己内酯)具有可生物降解、绿色环保以及低毒性的特点。