[发明专利]复合聚合物固态电解质及锂电池

说明书

本申请属于锂离子电池技术领域，具体地涉及一种复合聚合物固态电解质及锂电池。所述电解质包括锂盐，聚合物，无机固态电解质以及自修复材料，所述自修复材料选自如结构式(1)所示的化合物中的至少一种：其中，所述n为2，3，4，5或6，所述m为2，3，4，5或6；所述结构中的双键上的氢可以被氨基、巯基、脲基、羟基、F^‑或Cl^‑取代；所述结构中的甲基上的氢可以被氨基、巯基、脲基、羟基、羧基、羰基、C_1‑5烷基、C_2‑6烯基和卤素取代。利用所述自修复材料中氢键的作用力来提高界面作用力，既提高了界面接触附着力和兼容性，又降低了界面电阻，同时也优化了固态电解质内部结构。

技术领域

本申请属于锂离子电池技术领域，具体地涉及一种复合聚合物固态电解质及锂电池。

背景技术

锂电池是目前发展最快的电池之一。然而随着锂电池市场需求量的增大，锂电池安全性日益凸显。许多手机和汽车的自燃事故都是由于电池内部发生短路产生大量热，导致内部电解液分解而引起的。同时电解液还存在其它问题，如电化学窗口和工作温度受限制，难以兼容金属锂负极和高电势正极材料；在大电流通过时，电池内阻会因离子浓度梯度的出现而增加(浓差极化)，导致电池性能下降等缺点。

目前，使用固态电解质代替有机电解液，有望从根本上解决上述问题。固态电解质分为无机电解质和有机电解质，其中，无机电解质包括氧化物、硫化物和氟化物等，它们有着高的锂离子电导率/迁移数量和温度范围，但是固相与固相接触导致界面电阻高；有机电解质包括聚环氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)等，它们有着易制备，形状可控，在低成本下可获得等优点，但由于锂离子电导率不高限制其发展。在固态锂电池中，界面作用对于电池性能有着根本性的影响。在全固态锂电池中，电极与电解质之间的界面接触由固液接触变为固固接触，且由于固相无润湿性特点，固固界面将形成更高的接触电阻。陶瓷电解质中有大量的晶界存在，导致较高的晶界电阻进而不利于锂离子在正负极之间传输(通常晶界电阻高于材料本体电阻)。还有在充过电过程中，电解质和正负极极片之间的界面会有不同程度的膨胀作用，导致界面电阻增大。

因此，有必要开发一种新的固态电解质，能够降低固固接触界面电阻，提高电池性能以及安全性。

发明内容

本申请提供一种复合聚合物固态电解质，能够降低固固接触界面电阻，提高电池性能以及安全性。

本申请的一个方面提供一种复合聚合物固态电解质，包括锂盐，聚合物，无机固态电解质以及自修复材料，所述自修复材料选自如结构式(1)所示的化合物中的至少一种：

其中，所述n为2，3，4，5或6，所述m为2，3，4，5或6；所述结构中的双键上的氢可以被氨基、巯基、脲基、羟基、F^-或Cl^-取代；所述结构中的甲基上的氢可以被氨基、巯基、脲基、羟基、羧基、羰基、C_1-5烷基、C_2-6烯基和卤素取代。

在本申请的一些实施例中，所述锂盐和所述聚合物的质量比为(1∶3)-(1∶2)。

在本申请的一些实施例中，所述无机固态电解质的质量占比为40-65％。

在本申请的一些实施例中，所述自修复材料的质量占比为10-20％。

在本申请的一些实施例中，所述锂盐为LiBOB、LiTFSI、LiPF₆、LiBF₄、LiAsF₆中的一种或多种。

在本申请的一些实施例中，所述聚合物为PEO、PAN、PMMA、PPO和PVDF改性结构中的一种或多种。