[发明专利]一种耐高电压的固态聚合物电解质、制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种耐高电压的固态聚合物电解质、制备方法及其应用，它包括聚合物基体以及包含在所述聚合物基体内的锂盐，所述聚合物基体是将含氟有机单体在催化剂的作用下进行聚合反应制得的，所述含氟有机单体为含氟的环状或不饱和链状有机单体。应用于高电压固态聚合物电池循环时可以避免被氧化分解，从而实现长期稳定循环；该固态聚合物电解质有着较高的室温离子电导率。

技术领域

本发明属于聚合物电解质领域，涉及一种耐高电压的固态聚合物电解质，还涉及其制备方法及其在固态锂金属电池中的应用。

背景技术

从移动电话等智能电子设备到纯电动/混合动力汽车，可充电的锂电池逐渐被广泛应用于生活的方方面面。目前大规模商业化使用的锂电池普遍采用液态的有机碳酸酯电解液，存在着诸多安全隐患，包括漏液、易燃、爆炸等。固态聚合物电解质因为不含液态溶剂，可以在很大程度上提高锂电池的安全性能。同时锂金属固态电池还具有能量密度高，工作温度范围宽和抑制锂枝晶等优点，已经成为研究热点之一。

此外，随着社会科技的快速发展，人们对锂电池能量密度也提出了更高要求。提升电池能量密度除了依靠提高电极材料的比容量外，还可以通过提高电池的输出电压。然而到目前为止，固态聚合物电解质很难实现5V以上的电压窗口，意味着很难将这些固态电解质用于高电压的电极材料中，从而很难实现更高能量密度的固态聚合物电池。其中最大的原因是固态聚合物电解质容易在正极表面被氧化和在锂负极被还原，引起电解质的不断分解消耗，导致越来越差的界面和离子传输性能，最终使得电池失效。同时，文献报道的固态聚合物电解质还存在离子电导率低、机械强度差等不同问题，从而影响了固态聚合物电池的商业化应用。

综上，虽然固态聚合物电解质具有巨大的优势和应用前景，但是目前报道的固态聚合物电解质大多难以兼具耐高电压，高离子电导率和高机械强度等要求。鉴于此，实有必要提供一种耐高电压的高性能固态聚合物电解质克服以上缺陷。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种耐高电压的固态聚合物电解质。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种耐高电压的固态聚合物电解质，它包括聚合物基体以及包含在所述聚合物基体内的锂盐，所述聚合物基体是将含氟有机单体在催化剂的作用下进行聚合反应制得的，所述含氟有机单体为含氟的环状或不饱和链状有机单体。

优化地，所述含氟有机单体为选自氟代碳酸乙烯酯(FEC)、全氟-1,2-二甲基环己烷、全氟-1,3-二甲基环己烷、4,4-二氟环己基甲酸乙酯、2,2,3,3-四氟丙基甲基丙烯酸酯和3-(全氟正辛基)-1,2-环氧丙烷中的一种或多种。

优化地，所述锂盐为选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂和双氟磺酰亚胺锂中的一种或多种组成的混合物。

优化地，所述催化剂为选自异辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、三乙烯二胺、二甲基环己胺和二甲氨基乙氧基乙醇中的一种或多种组成的混合物。

优化地，它包括以下质量百分比的原料组分：

含氟有机单体 65～90％；

锂盐 9.9～30％；

催化剂 0.1％～5％。

进一步地，将所述含氟有机单体、锂盐和催化剂形成的混合物注入多孔支撑材料以进行聚合反应。

进一步地，它的电化学稳定窗口≥6.3V且离子电导率为6.5×10^-5～2.5×10^-4S·cm^-1。

进一步地，所述多孔支撑材料为聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜、纤维素无纺膜、聚酰亚胺无纺膜或玻璃纤维膜。