[发明专利]一种具有梳状结构的聚合物电解质及全固态锂电池

说明书

本发明提供了一种具有梳状结构的聚合物电解质，由聚合物单体、锂盐和溶剂经烘干和紫外光固化制成；所述聚合物单体为单边含有活性官能团聚乙二醇二甲基丙烯酸酯和/或两边含有活性官能团的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯；所述聚合物单体与锂盐的锂氧比EO/Li⁺为5～30。本发明通过设计聚合物本征结构形成具有梳状分子结构的分子链，通过提高分子链在常温下的自由移动体积，抑制聚合物的结晶度，提高聚合物链段运动能力，提高载流子浓度，从而提高聚合物电解质的电导率，并且对金属锂稳定。实验结果表明，本发明中聚合物电解质的离子电导率为2.5～9.09×10^‑4S cm^‑1，电化学窗口为0～5V。本发明还提供了一种全固态锂电池。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种具有梳状结构的聚合物电解质及全固态锂电池。

背景技术

锂二次电池以输出功率大、能量密度高、循环性优越、无记忆效应与无环境污染等诸多优势在日常生活中广泛应用，成为便携式电子产品的可充电电源的首选对象，也被认为是最具竞争力的车用动力电池。目前，以石墨作为负极的锂离子电池已广泛应用于各类电子产品，然而石墨的理论比容量只有372mAh/g，且首次充放电过程中存在较大不可逆容量损失，所以很难成为高比能量二次电池的负极材料。随着科技的不断发展以及对高比能量负极材料的迫切需求，金属锂作为二次电池的负极材料的研究再次得到关注。金属锂相对标准氢电极电势为-3.045V，比容量为3861mAh/g，是非常理想的高能量锂电池负极材料。但是，它的电荷密度很大并且具有稳定的氦型双电子层，使得其很容易极化其他分子或离子，因此具有非常大的不稳定性。从根本上说，金属锂作为二次电池负极使用，主要问题在于：(1)复杂的界面反应所导致的较低的充放电循环效率和界面阻抗的不断增加；(2)“枝晶”和“死锂”的产生，所带来液态电解质泄露、挥发、燃烧等安全性问题和电极活性物质损失。这两个问题严重制约了目前锂基二次电池的发展，成为其主要技术瓶颈。因此，发展对金属锂化学稳定并具有良好锂离子导电特性的新材料，对发展各类高能量密度、长循环的基于金属锂负极的二次电池技术具有重要作用。

开发下一代具有高储能的锂电池，需要金属锂作为负极的电解质材料。传统锂离子电池中液态电解质由于泄露、挥发、燃烧带来严重的安全隐患以及与金属锂之间存在广泛的化学不稳定性。而聚合物电解质具有良好的成膜性、粘弹性，使其与电极具有良好界面兼容性，但是纯的聚合电解质电导率完全依靠链段运动而传递锂离子，其电导率较低，同时电化学稳定性也有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有梳状结构的聚合物电解质及全固态锂电池，本发明中的聚合物电解质具有梳状结构，提高聚合物电解质的电导率，并且对金属锂稳定。

本发明提供一种具有梳状结构的聚合物电解质，由聚合物单体、锂盐和溶剂经烘干和紫外光固化制成；

所述聚合物单体为单边含有活性官能团聚乙二醇二甲基丙烯酸酯和/或双边含有活性官能团的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯；

所述聚合物单体与锂盐的锂氧比EO/Li⁺为5～30。

优选的，所述锂盐包括LiN(SO₂CF₃)₂(LiTFSI)、LiClO₄、LiSO₂CF₃(LiTf)或LiB(C₂O₄)₂(LiBOB)中的一种或几种。

优选的，所述溶剂为乙腈。

优选的，所述聚合物单体选自以下三种中的一种：

1)单边含有活性官能团的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯和双边含有活性官能团的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯；

2)单边含有活性官能团的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯；