[发明专利]一种固态聚合物电解质膜、其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种固态聚合物电解质膜、其制备方法和用途。所述固态聚合物电解质膜包括含氮聚合物基体，以及分散于所述含氮聚合物基体表面和内部的锂盐。本发明所述固态聚合物电解质膜的制备方法包括：将聚合物、锂盐和溶剂混合制得浆料，然后将所述浆料通过流延法制备固态聚合物电解质膜。本发明所述固态聚合物电解质膜具有离子电导率高、电化学窗口宽和锂离子迁移率高的特点。而且力学和耐热性能良好，能够直接充当隔膜使用；所述制备方法工艺简单，可工业化生产。

技术领域

本发明属于固态电解质技术领域，具体涉及一种固态聚合物电解质膜、其制备方法和用途。

背景技术

全固态电池是未来电池技术的必然发展趋势，而固态电解质作为全固态电池的核心材料就成为了兵家必争之地。简单来说，固态电解质就是一种超离子导体，在全固态电池中代替了传统锂离子电池中电解液和隔膜的作用，承担着传导离子和连接正负极的功能性作用。要实现固态电解质在全固态电池中的应用，首先要有好的固态电解质，其次要解决固态电解质和正负极的匹配性问题。离子电导率和界面问题是固态电解质的两个最关键问题，而寻找综合性能良好的固态电解质就成为了第一要务。

固态电解质由于取代了现有锂离子电池中的有机电解液，能够彻底解决液体电解质的易燃、易爆安全性隐患。但是，不是每一种物质都能够成为理想的固态电解质，它是有一定条件的；多样化的要求使得寻找固态电解质是一个持续性的话题。从1957年开始，人们就不断寻找固态电解质；但是至今为止，仍然没有一种称得上是完美的固态电解质。目前的主流固态电解质分别是聚合物、氧化物和硫化物，而聚合物被认为是最容易实现固态电池的电解质方案。然而，固态聚合物电解质普遍存在着离子电导率不高问题。

CN110534803A公开了一种引入卤化物锂盐的聚合物固态电解质的制备方法，所述方法向聚合物固态电解质中引入卤化物锂盐来改善其锂离子电导率。具体方法如下：在氩气气氛下，将聚合物固态电解质和锂盐溶解在乙腈溶剂中(浆料A)，同时将适量的卤化物盐(LiCl,LiBr,LiI)溶解在乙醇中(溶液B)；将A、B均匀混合，倒入聚四氟乙烯模具中，先在室温下静置8～16h，然后在30℃下干燥8～16h，最后在50℃真空干燥12～36h。但是所述方法得到的固态电解质膜离子导电率较低。

CN109546211A公开了一种复合聚合物固态电解质膜及其制备方法。所述复合聚合物固态电解质膜的制备方法包括以下步骤：(1)将无机填料、锂盐及至少两种聚合物混合均匀，然后造粒，得粒料；(2)将粒料烘干，然后注塑成膜，得复合聚合物固态电解质膜。但是所述方法得到的固态电解质膜离子导电率较低。

因此，本领域需要开发出一种新型的固态电解质膜，所述固态电解质膜具有离子电导率高、电化学窗口宽和锂离子迁移率高的优势。

发明内容

针对现有技术中，固态聚合物电解质普遍存在着离子电导率不高的问题。本发明的目的在于提供一种固态聚合物电解质膜、其制备方法和用途，所述具有离子电导率高、电化学窗口宽和锂离子迁移率高的特点；而且力学和耐热性能良好。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种固态聚合物电解质膜，所述固态聚合物电解质膜包括含氮聚合物基体，以及分散于所述含氮聚合物基体表面和内部的锂盐。

本发明选取的聚合物基体为含氮化合物，其与锂盐具有较高的亲和力，能够促进锂离子的传输。本发明所述固态聚合物电解质膜具有离子电导率高、电化学窗口宽和锂离子迁移率高的特点。而且力学和耐热性能良好，能够直接充当隔膜使用。

优选地，所述含氮聚合物基体包括乙基纤维素、氰乙基纤维素、氰乙基醋酸纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚苯并咪唑、阶梯形聚苯并咪唑-苯菲咯啉二酮(BBB)和梯形苯并咪唑-苯菲咯啉二酮(BBL)中的任意一种或至少两种的组合，优选为氰乙基醋酸纤维素和/或阶梯形聚苯并咪唑-苯菲咯啉二酮。