[发明专利]聚合物电解质膜及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及聚合物电解质膜及其制备方法和锂离子电池。该聚合物电解质膜含有聚合物基体、分散于所述聚合物基体中的锂盐和聚合物纤维；其中：所述聚合物纤维由经第一硅烷偶联剂改性的聚合物纤维提供，所述第一硅烷偶联剂为含有碳碳不饱和双键的硅烷偶联剂；所述聚合物基体含有由交联剂提供的交联结构、由可交联共聚物提供的共聚物链结构和无机纳米粒子。本发明提供的聚合物电解质膜具有较高离子导电率、结晶度较低、柔韧性合适，以及其制备方法工序简单、成本更低。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及聚合物电解质膜及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

目前市场上的锂离子电池多以液态电解液作为导电物质，但在使用过程中，液态电解液易挥发、易燃易爆，导致诸多安全问题；而且其易长出锂枝晶，限制了金属锂作为负极在电池中的应用。因此，人们提出用固态聚合物电解质(SPE)来替代液态电解液。固态聚合物电解质膜不仅起着离子传导的作用，还可以阻止正负电极的接触。又因其可塑性强，可根据不同的需求制成不同形状的薄膜，柔韧性好，可承受电极在充放电过程中的压力，高温稳定性好，极大地提高了锂电池的安全性。

CN105591154A公开了一种聚碳酸酯类全固态聚合物电解质，该全固态聚合物电解质包括聚碳酸酯类高分子、锂盐及多孔支撑材料，其中，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膜、聚酰亚胺无纺膜中的一种或多种。尽管相对于聚氧化乙烯来说，采用聚碳酸酯类高分子且以多孔支撑材料为支撑体下能够获得离子导电率更高且机械性能更好的全固态聚合物电解质。然而，无机粒子在聚碳酸酯类高分子中的分散性较差，易于团聚，对整个全固态聚合物电解质的电性能和安全性能都有影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的无纺布复合的聚合物电解质膜及其制备方法和锂离子电池，该聚合物电解质具有较高离子导电率、结晶度较低、柔韧性合适，以及其制备方法工序简单、成本更低。

为了实现上述目的，本发明一方面一种聚合物电解质膜，该聚合物电解质膜含有聚合物基体、分散于所述聚合物基体中的锂盐和聚合物纤维；其中：

所述聚合物纤维由经第一硅烷偶联剂改性的聚合物纤维提供，所述第一硅烷偶联剂为含有碳碳不饱和双键的硅烷偶联剂；

所述聚合物基体含有由交联剂提供的交联结构、由可交联共聚物提供的共聚物链结构和无机纳米粒子；

其中，所述可交联共聚物含有式(1)所示的结构单元、式(2)所示的结构单元和任选的式(3)所示的结构单元，

其中，R为H或C1-C4的烷基，L为C0-C4的亚烷基或-R¹-O-R²-，R¹为C0-C4的亚烷基，R²为C0-C4的亚烷基；

所述交联剂为含有至少两个丙烯酸酯类基团的丙烯酸酯类交联剂中的一种或多种，所述丙烯酸酯类基团为式(4)所示的基团：-O-C(O)-C(R’)＝CH₂，R’为H或C1-C4的烷基。

本发明第二方面提供一种聚合物电解质膜的制备方法，该方法包括：

(1)提供含有经第一硅烷偶联剂改性的聚合物纤维、可交联共聚物、锂盐、交联剂、无机纳米粒子和光引发剂的电解质浆料；所述第一硅烷偶联剂为含有碳碳不饱和双键的硅烷偶联剂；

(2)将所述电解质浆料进行浇注成型，得到半干膜，而后在紫外光照射下进行固化交联以形成聚合物电解质膜；

其中，所述可交联共聚物含有式(1)所示的结构单元、式(2)所示的结构单元和任选的式(3)所示的结构单元，