[发明专利]一种粒子复合膜包覆聚合物电解质及制备方法

说明书

本发明涉及粒子复合膜包覆聚合物电解质及制备方法，属于锂离子电池电解质技术领域。本发明解决的技术问题是提供粒子复合膜包覆聚合物电解质的制备方法。该方法依次通过聚偏氟乙烯‑四氟丙烯、无机纳米粒子超声制备纳米粒子复合胶，再通过等距静电喷涂，纳米粒子复合胶包覆聚碳酸酯电解质基体，制备得到粒子复合膜包覆聚合物电解质材料。这种纳米粒子复合膜包覆聚碳酸酯电解质材料，改善了电解质与电极界面的相容性，且机械强度和电化学窗口得到提高，有利于减小锂电池内阻和提高倍率性能；纳米粒子复合膜厚度较薄，无机纳米粒子的用量较少，有利于进一步降低成本，有利于工业化生产的推进。

技术领域

本发明涉及粒子复合膜包覆聚合物电解质及制备方法，属于锂离子电池电解质技术领域。

背景技术

随着科学技术的进步，人们已经进入数字信息时代，可携带智能数码产品迅速发展，各种智能设备层出不穷，比如智能手机、笔记本电脑、音响设备、游戏机等。另一方面，石油资源日渐枯竭，汽车尾气对生态环境影响日益显著，人们环保意识的不断增强，电动汽车越来越受欢迎。而锂离子电池具有电压高、比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、无污染、快速充电、自放电率低等优点，是电子智能产品和电动汽车能量的来源。

近几年，人们对消费电子产品和电动汽车等的锂离子电池安全性、能量密度等要求的不断提升，传统液态有机电解液的锂离子电池存在电解液泄漏、挥发，受到撞击时甚至易发生短路引起燃烧、爆炸等安全隐患。而固态电解质作为一类高安全的电解质体系,具有避免电池内部短路、防止电解液泄露、不含易燃易爆成分等独特优势，固态电解质锂离子电池的发展是必然趋势。以固态电解质取代液态电解质，是锂离子电池发展的一个重大进步，其显著特点就是提高了电池的安全性能，易于加工成膜，可以做成全塑结构，从而可制造超薄和各种形状的电池；能够很好地适应电池充放电过程中电极的体积变化，同时又有较好的化学和电化学稳定性能，因此在新型高能锂电池及电化学的应用上显示出很大的优越性。

固态聚合物电解质具备良好的可加工性能、良好的柔性，易于实现工业化生产，稳定的界面兼容性以及能够更好地适应电极材料充放电过程中的体积变化等优点，被认为是发展高能全固态电池最理想的电解质。但是由于聚合物基体较高的结晶度，室温下的电导率较低，电化学窗口较窄，限制了其实际应用。因此，需要对其进行改进。

申请号为201910422565.1的中国发明专利公开了一种全固态聚合物固体电解质及其制备方法，全固态聚合物固体电解质包括无机填料、PEO和锂盐，无机填料包括MoSi₂或者MoSi₂与无机氧化物的混合物。通过在PEO中添加MoSi₂，使PEO聚合物固体电解质具有优良的热稳定稳定性能，提高了PEO聚合物固体电解质的电导率，改善聚合物固体电解质与电极的相容性能，减小与电极界面的阻抗，改善电池循环性能，提高了PEO-TiO₂聚合物固体电解质的电导率。

申请号为201810374629.0的中国发明专利公开了一种复合全固态聚合物电解质膜的制备方法，包括以下步骤：将碳酸酯官能化乙烯基单体和聚醚结构单体与溶剂在惰性气体氛围下搅拌混合，然后加入引发剂，在惰性气体氛围中进行反应，干燥提纯后得到碳酸酯官能化乙烯基共聚物；将得到的碳酸酯官能化乙烯基共聚物与无机填料或快离子导体加入溶剂中搅拌混合均匀，再加入锂盐搅拌得到混合均匀的混合液；将混合液均匀涂布在模具上，真空干燥蒸干溶剂后，得到复合全固态聚合物电解质膜。该电解质膜具有更好的保液率、更高的锂离子电导率、更优越的力学性能、良好的机械加工性能、更好的电化学稳定性和更好的应用前景。

综上，目前主要在聚合物内共混、掺杂纳米颗粒提高锂离子电导率和电化学窗口；但是聚合物与电极的界面相容性改善效果依旧较差，导致锂电池内阻较大和倍率性能较差等问题，此外，在聚合物电解质内共混大量的纳米粒子，成本较高，制约了其在锂电池电解质中的工业化生产。

发明内容