[发明专利]聚合物电解质和锂离子电池

说明书

本发明提供了一种聚合物电解质和含有该聚合物电解质的锂离子电池，所述聚合物电解质包括聚合物基体和分散于所述聚合物基体中的锂盐，其特征在于，所述聚合物基体是由含官能团a的梳形聚合物和含官能团b的无机纳米粒子发生化学反应得到，所述官能团a和所述官能团b各自独立地选自巯基、碳碳不饱和双键、碳碳不饱和三键、叠氮基团中的一种，且所述官能团a能与官能团b反应。通过接枝聚合物法将无机纳米粒子键合在聚合物基体上能显著提高聚合物电解质的离子电导率，将该聚合物电解质应用于锂离子电池，能显著提高电池的首次充放电容量。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及聚合电解质及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

20世纪60至70年代爆发的能源危机迫使人们开始寻找一种石油的替代品。金属锂具有金属中最轻、氧化还原电位最低、质量能量密度最大等优点，因而锂离子电池成为了一种理想的替代能源，而成为了人们关注的焦点。传统锂离子二次电池采用的液态电解质存在易挥发，易燃易爆等安全缺陷。与之相较，全固态聚合物电池具有高稳定性、高安全性、轻薄灵活、形状可定制、成本低等优点，因而成为了一种极具潜力的替代材料。自1973年Wright等首次报道了聚氧化乙烯(PEO)-碱金属盐复合物离子导电的研究，PEO被广泛应用于固态电解质的研究中。PEO原料丰富，化学稳定，但是由于其结晶度高、机械性能差，导致PEO基体的固态电解质在使用中存在室温离子电导率低、力学强度差等问题。

为了抑制聚合物的结晶行为，提高聚合物基体的离子电导率，人们通常在聚合物基体中引入无机纳米粒子破坏聚合物链段的规整度，以改善聚合物电解质的电化学性质。无机纳米粒子的引入方式主要有两种，一种是通过物理方法直接将无机纳米粒子与聚合物基体共混，这种方法存在纳米粒子在电解质体系中易团聚，分散性较差；另外一种是通过化学方法将纳米粒子键合到聚合物基材上，但接枝纳米粒子的聚合物电解质的离子电导率提高仍然有限，因而仍然不能获得较为理想聚合物电解质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种离子电导率高、结晶度低，力学强度较高的聚合物电解质。所述聚合物电解质包括聚合物基体和分散于所述聚合物基体中的锂盐，其特征在于，所述聚合物基体是由含官能团a的聚合物和含官能团b的无机纳米粒子发生化学反应得到；所述官能团a和所述官能团b各自独立地选自巯基、碳碳不饱和双键、碳碳不饱和三键、叠氮基团中的一种，且所述官能团a能与官能团b反应；

所述含官能团a的聚合物的结构式为：

式中，R₁、R₂、R₃、R₅、R₆和R₇各自独立的选自氢原子或碳原子数为1-10的烃基，R₈选自碳原子数为1-10的烃基或者苯基，R₄含有官能团a，其中，n＝10-100，x＝20-3000，p＝1-200，m＝2-40，y＝2-40，n、x、p、m和y均为整数。

进一步的，x和n的摩尔比2-30：1。

进一步的，R₁、R₂、R₃、R₅、R₆、R₇为氢原子或甲基，R₈为甲基。

进一步的，所述含官能团a的聚合物的重均分子量为1-80万。

进一步的，根据权利要求1所述的聚合物电解质，其特征在于，所述聚合物基体中，无机纳米粒子含量为1-20wt％。

进一步的，所述无机纳米粒子的线性平均粒径为10nm-100nm。

进一步的，以所述聚合物电解质的总重量为基准，所述聚合物基体的含量为50-90wt％；