[发明专利]一种用于锂离子电池的聚合物电解质及聚合物电池

说明书

为克服现有技术中聚合物电解质耐电压低和电导率低的问题，提供一种用于锂离子电池的聚合物电解质，包括锂盐和聚酯类聚合物，且所述聚合物电解质中的锂盐中的锂离子与聚酯类聚合物中的酯基官能团的摩尔比为1/6以上。优选的，该聚酯类聚合物中，所有重复单元中碳原子数的总和相对于重复单元总数的比值为4以下。更优选的，该聚酯类聚合物具有支化的结构。同时，本发明还提供了一种包括上述聚合物电解质的聚合物锂离子电池。本发明提供的聚合物电解质具有耐电压高，电导率高的优点，可显著提高聚合物锂离子电池的性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池聚合物电解质和使用该聚合物电解质的聚合物电池，特别涉及一种固体锂离子电池聚合物电解质及固体锂离子电池。

背景技术

锂离子电池因其具有能量密度高、工作电压高、无记忆效应、循环寿命长和环境友好等优点，在手机、笔记本电脑等电子电器领域得到了广泛的应用。目前电子数码产品、电动车、大型储能装置等对能量密度有更高的要求。使用商用液态电解质的锂离子电池难以满足要求。一方面液态电解质在高温、高压条件下会在电极材料表面发生严重的分解反应导致电池性能劣化，另一方面液态电解质使用的低闪点溶剂在温度升高时安全性差。虽然使用由聚合物和有机液态电解液形成的凝胶电解质可以阻止液体流动，在一定程度上防止了电池漏液带来的安全隐患，但并不能满足安全和高能量密度的要求。

另一方面，采用固态聚合物电解质可以从根本上提高电池的安全性。但与液态电解质相比，固态聚合物电解质的离子导电性差。而且，目前离子电导率高的聚合物电解质是以聚醚类聚合物如聚环氧乙烷(PEO)为聚合物基体的，但聚醚类聚合物的抗氧化性差，导致电池的工作电压低，通常只能使用磷酸铁锂作为正极活性物质，导致电池的能量密度低。因此，亟需开发一种工作电压高、适用于钴酸锂或镍钴锰酸锂等高电压正极、电导率高的聚合物电解质。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中的聚合物电解质工作电压低和电导率低的问题，提供一种新型的工作电压高且电导率高的聚合物电解质。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

提供一种用于锂离子电池的聚合物电解质，包括锂盐和聚酯类聚合物，且所述聚合物电解质中的锂盐中的锂离子与聚酯类聚合物中的酯基官能团的摩尔比为1/6以上。

同时，本发明还提供了一种聚合物电池，包括正极、负极、位于所述正极和负极之间的聚合物电解质，所述聚合物电解质为如前所述的聚合物电解质。

从聚合物基体来看，聚醚类聚合物的耐氧化性差，不适用于如钴酸锂、镍钴锰酸锂等高电压的正极。而聚酯类聚合物的耐氧化性要明显好于聚醚类聚合物，存在适用于高电压正极的可能。但发明人通过大量实验总结发现，当所述聚合物电解质中的锂盐中的锂离子与聚酯类聚合物中的酯基官能团的摩尔比小于1/6的情况下，锂离子需要依赖聚酯类聚合物中链段的运动来实现锂离子的传导，而聚酯类聚合物链段的柔性差，导致以聚酯类聚合物为基体的聚合物电解质的离子电导率显著低于以聚醚类聚合物为基体的聚合物电解质。不仅如此，聚酯类聚合物基体的耐氧化性仍然有所不足，普通的以聚酯类聚合物为基体的聚合物电解质用于高电压的正极仍存在困难。本发明的发明人通过大量实验发现，对于聚酯类聚合物电解质，聚合物电解质中锂盐与酯基官能团的相对含量对聚合物电解质的耐电压性能及电导率有显著影响。当锂盐中的锂离子与酯基官能团的摩尔比小于1/6时，锂离子需要依赖链段的运动来进行传导，导致电导率低。而当锂盐中的锂离子与酯基官能团的摩尔比在1/6以上时，大部分酯基官能团与锂离子络合，此时，锂离子中的一部分与酯基官能团络合，另一部分以游离的离子簇形式存在，有利于形成许多不依赖于链段运动的锂离子传输通道，从而大幅度提高聚合物电解质的电导率。而且，由于聚酯类聚合物中的大量酯基官能团与锂离子发生络合，提高了聚酯类聚合物的分解电压，从而使聚合物电解质具有更好的耐电压性能。