[发明专利]一种室温固态聚合物电解质及其制备方法、电极/电解质复合物及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种室温固态聚合物电解质及其制备方法、电极/电解质复合物及其制备方法和应用。本发明提供了一种室温固态聚合物电解质，包括以下制备原料：锂盐、聚环氧乙烷、交联剂、添加剂和光引发剂。本发明所述室温固态聚合物电解质，PEO中存在具有活性位点的‑EO‑链段，在其他试剂的共同作用下发生自由基交联反应，其中PEO链段会发生重组，PEO的无定形态会得到增强，在提升室温离子电导率的同时不牺牲固态电解质膜的机械性能。实验数据表明，由本发明提供的室温固态聚合物电解质制备得到的电池，室温离子电导率达2.7×10^‑4S/cm。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种室温固态聚合物电解质及其制备方法、电极/电解质复合物及其制备方法和应用。

背景技术

能源与环境是人类社会生存与发展的基本条件，是支撑国家建设和经济发展的重要物质基础，同时，能源利用与环境保护也是当今全世界所面临的两大难题。随着传统非可再生能源的不断消耗和全球环境的日益恶化，开发利用新型绿色能源刻不容缓。

锂离子电池作为一种能量密度高、循环性能优异及环境友好的化学储能体系，己被广泛应用于移动通讯、数码产品等领域，并有望成为电动汽车和其他大型储能设备的主要电源系统。目前商业化的锂离子电池一般采用有机电解液体系，其中易燃、易挥发的小分子溶剂存在漏液、燃烧等安全隐患；此外，当选择高比能锂金属作为负极时，在有机电解液体系中极易形成枝晶，刺穿隔膜造成电池短路，引发热失控从而导致电池的燃烧甚至爆炸等一系列安全问题。采用固态电解质取代有机电解液体系，避免有机溶剂和隔膜的使用，不仅能从根源上消除安全隐患，同时还能有效抑制锂枝晶的生长。其中，聚环氧乙烷(PEO)基固态聚合物电解质(SPEs)由于具有较高的介电系数(ε≈5)和较强的锂盐解离性，是目前研究最为广泛的固态聚合物电解质体系之一。在PEO体系中，快速的离子传输发生在非晶相区，链段的自由体积为其提供了弛豫空间，Li⁺通过与醚氧的配位/解离，从而随着高分子链段的移动实现定向迁移。然而，PEO基SPEs还是存在以下问题：

1、室温条件下，PEO为半结晶性固体，离子电导率极低(10^-7S/cm)，阻碍了室温PEO基固态锂金属电池的发展；

2、PEO主链醚氧与Li⁺相互作用力较强，限制了Li⁺的自由度。

针对上述问题，通常采用加入增塑剂的方法对PEO室温离子电导率进行改善；或者通过合成PEO基单离子导体，从而提高Li⁺迁移数。但增塑剂的加入仍存在挤压等条件下溶剂挤出造成的安全隐患，而单离子导体的合成往往过程复杂，不适用于大批量生产；并且，虽然可以提高离子迁移数，但对室温电导率的改善影响甚微。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种室温固态聚合物电解质及其制备方法，本发明在提升室温离子电导率的同时不牺牲固态电解质的机械性能，使获得的室温固态聚合物电解质在室温下即具有良好的机械性能和电导率等电学性能；同时还提供了一种电极/电解质复合物及其制备方法，所得电极/电解质界面阻抗较小，并且具有较高的体积能量密度，能够良好应用于锂离子电池。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种室温固态聚合物电解质，包括以下制备原料：锂盐、聚环氧乙烷、交联剂、添加剂和光引发剂。

优选的，所述锂盐与聚环氧乙烷中的环氧乙烷单体的摩尔比为1：(15～30)；

所述聚环氧乙烷、交联剂和添加剂的质量比为1：1：0或1：0：1或1：1：1或1：1：0.5或1：0.5：1或1：1：2或1：2：1；

所述光引发剂的质量为室温固态聚合物电解质总质量的3％。