[发明专利]一种固态电解质及其制备方法与其制得的微型储能器件

说明书

本发明属于微加工和电化学领域，具体涉及一种固态电解质及其制备方法与其制得的微型储能器件。所述固态电解质的制备方法，包括：(1)将锂盐溶解在有机溶剂中，得到混合液；(2)向混合液中加入框架剂，利用溶胶凝胶法得到前驱体A；(3)向前驱体A中加入聚合物基质，利用溶胶凝胶法得到前驱体B；(4)将前驱体B进行UV固化、陈化处理，即得。本发明通过在固态凝胶聚合物电解质中引入框架剂，利用其框架作用，减少电解质与电极材料的接触电阻，所述固态电解质用于微型储能器件中，可使其具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于微加工和电化学领域，具体涉及一种固态电解质及其制备方法与其制得的微型储能器件。

背景技术

目前，商业化锂离子电池普遍采用液态电解质，其低燃点、低闪点和漏液问题带来了很大的安全隐患。相对于液体电解质，全固态电解质降低了充放电过程中漏液、着火等风险。然而，固态电解质的易脆性和高硬度等特性，阻碍了其在柔性可折叠电池领域方面的应用。目前，柔性全固态电池主要集中于全固态薄膜电池。

全固态薄膜电池是通过使用各种成膜工艺在某种衬底(如玻璃、陶瓷、单晶硅片、塑料等)上沉积集流体薄膜、固体电解质薄膜、电极薄膜等制得，其厚度往往只有几微米，是一种安全、可靠的微能源器件。但其存在电极能量密度较低，接触电阻大的问题。

固体聚合物电解质(Solid polymer electrolyte，SPE)，又称为离子导电聚合物(Ion-conducting polymer)。固体聚合物电解质的研究始于1973年Wright等人对聚氧化乙烯(PEO)与碱金属离子络合物导电性的发现。1979年，法国Armand等报道了PEO碱金属盐络合物在40～60℃时离子电导率达10^-5S/cm，且具有良好的成膜性，可用作锂离子电池电解质。但由于PEO具有结晶度高、熔点低的性质导致加工温度范围窄、氢氧化物渗透率低以及较差的界面稳定性等缺点，大大限制了碱性固体聚合物电解质的应用范围。于是研究人员开发出各种新型的固体聚合物电解质。

有研究表明，如果在高分子主体物中引入液体溶剂，发展增塑性高分子离子导体，这就形成了高分子凝胶聚合物电解质。Feurllade等最先提出了凝胶电解质，Abraham等进一步对其进行了表征。这种由高分子化合物-金属盐-极性有机化合物三元组分组成的电解质也是固体，但在性能和结构上与传统的固体聚合物电解质有明显差别，故称为凝胶聚合物电解质。

CN103456986A公开了一种PEO基质凝胶聚合物电解质及其制备方法；该PEO基质凝胶聚合物电解质包括PEO基质、LiPF_6/EC+DMC锂盐和氟代烷基硼化物；其中，LiPF₆与氟代烷基硼化物的摩尔比为1:0.001～1:0.05。所述PEO基质凝胶聚合物电解质得电导率得到大幅度提升。

CN102208680A公开了一种凝胶电解质，包括质量配比为：聚合物基体材料：非水溶剂：无机填料＝1：5：0.1～1：20：1，和含有浓度为0.5mol/L～2.0mol/L的电解质锂盐的电解液；还公开了用该凝胶电解质的制备是在惰性气氛中，将聚合物基体材料、非水溶剂、无机填料和含有电解质锂盐的电解液混合，在40～90℃下，搅拌混合溶液至溶解。所得凝胶电解质离子电导率高、并且可避免硫正极和反应物的溶解，含有该凝胶电解质的锂硫电池循环性能较好；并且该方法工艺简单、无需大量的萃取溶剂、安全环保，有利于大规模工业化生产。

然而，采用上述凝胶聚合物电解质制得的全固态电池存在电极能量密度较低、接触电阻大等技术问题。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供一种新的固态电解质。所述固态电解质用于微型储能器件中，可使其具有优异的电化学性能。

所述固态电解质的制备方法，包括：

(1)将锂盐溶解在有机溶剂中，得到混合液；

(2)向混合液中加入框架剂，利用溶胶凝胶法得到前驱体A；