[发明专利]一种全固态锂电池用星型微纳结构电解质膜及制备方法

说明书

本发明提供了一种全固态锂电池用星型微纳结构电解质膜及制备方法，电解质膜包含含有氧乙烯链段的功能性单体、聚倍半硅氧烷聚合物和有机锂盐。将含氧乙烯链段的功能性单体、聚倍半硅氧烷、引发剂溶于酯类溶剂和强极性混合溶剂中，通过化学接枝一步法制备得星型微纳结构聚合物基体；将其与有机锂盐溶于乙腈溶剂得悬浊液，流延成膜，真空干燥后得全固态聚物电解质膜。本发明中聚合物链段接枝在POSS基团上形成了特殊的星型结构，且POSS基团具有一定的空间位阻，能够为分子链段的运动提供自由空间，形成低能量、快速的离子传输通道，极大地促进了离子传输效率，因此该星型微纳固态电解质膜较其他线性结构固态电解质膜具有更优异的电导率。

技术领域

本发明属于锂离子电池的电解质及制备方法技术领域，特别涉及一种全固态锂电池用星型微纳结构电解质膜及制备方法。

背景技术

随着便携式电子设备的多功能化和电动汽车续行里程长距离的要求，迫切需要高容量、轻量化、小型化的锂离子电池，因此，开发高能量密度的锂离子电池是科学界和产业界共同面对的巨大挑战。

作为锂离子电池的重要组成部分，电解质不仅控制着电池内部离子传输动力学过程，而且从根本上决定着电池的服役范围，影响电池的比能量、倍率充放电性能、循环寿命、安全性能及生产成本等。传统商业化锂电池中的有机液态电解质，因其含有低闪点、低燃点的有机溶剂，导致锂电池在过度充放电、短路、过热和受剧烈撞击时易着火或爆炸。无机固体电解质的离子传导主要发生在无机晶体的间隙或空缺位置，本征脆性大，与电极材料间的异质界面难以控制，界面阻抗大、循环性能差。另外，无机固体物的高强度使其很难应用于外观有柔性易弯曲的锂离子电池。

近年来，聚合物电解质因其具有质量轻、易成膜、粘弹性好等特点，在提高电池能量密度、拓宽工作温度区间、延长使用寿命、提高安全性能等方面呈现很大的优势而备受关注，并为新型柔性电子器件的设计、薄膜电池的层压制备及抑制锂金属电池内部锂枝晶的生长等方面提供了新的解决方案。

发明内容

本发明针对上述技术问题，旨在提供一种高温下电导率高、循环稳定性较优的锂电池用全固态电解质膜及制备方法。本发明通过以下方案实现：

一种全固态锂电池用星型微纳结构电解质膜，包含含有氧乙烯链段的功能性单体、聚倍半硅氧烷聚合物和有机锂盐。其中，含有氧乙烯链段的功能性单体为锂离子的传输提供通道，聚倍半硅氧烷聚合物用来产生星形结构。

所述含有氧乙烯链段的功能性单体、聚倍半硅氧烷聚合物和有机锂盐的摩尔比例为1：(0.02-2)：(0.04-0.2)。

进一步，所述有机锂盐为三氟甲磺酸锂、二草酸硼酸锂或双三氟甲磺酰亚胺锂中的一种或多种，有机锂盐的阴离子半径大，电荷分布散，可有效降低锂盐晶格能，增大溶解度。

再进一步，所述含有氧乙烯链段的功能性单体为聚乙二醇甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸聚乙二醇甲醚酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯或甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯中的一种或多种。

更进一步，所述含有氧乙烯链段的功能性单体的氧乙烯段数为5-30。

更进一步，所述聚倍半硅氧烷聚合物的分子通式为(RSiO_1.5)n，其中，R为与Si原子所连接的反应性基团，n为6、8、10、12。

更进一步，所述聚倍半硅氧烷聚合物的结构为梯形、树枝型或灯笼型等异形结构，有利于星形结构的生成。

一种制备所述全固态锂电池用星型微纳结构电解质膜的方法，包括以下步骤：

1)将含有氧乙烯链段的功能性单体和引发剂溶于介质中配成A溶液，将聚倍半硅氧烷聚合物溶于溶剂中配成B溶液，在保护气氛条件下，将A、B溶液混合，加热搅拌反应，得粘稠状共聚物产物，离心洗涤真空干燥得星型微纳复合物；