[发明专利]聚合物固体电解质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚合物固体电解质及其制备方法。所述聚合物固体电解质包括聚合物基体、锂盐和无机填料，其中，所述聚合物基体为PVDF或PVDF与PEO的混合物；所述锂盐包括锂盐A，所述锂盐A为三叔丁氧基氢化铝锂(LTTBA)或三乙基硼氢化锂(LTEB)或者两者的混合物。本发明还公开了上述聚合物固体电解质的制备方法。包含本发明的聚合物固体电解质的锂电池具有优异的循环性能和倍率性能以及良好的界面稳定性。

技术领域

本发明涉及锂电池材料技术领域，具体涉及一种含有新型锂盐的聚合物固体电解质及其制备方法。

背景技术

锂二次电池具有无记忆效应、高体积比容量、高工作电压、宽耐温度范围、低自放电率、长循环寿命等诸多优点，在智能电子产品、电动汽车以及大规模储能电网等新能源领域具有非常好的应用前景。但是，目前广泛使用的锂二次电池均采用液态有机小分子电解质，在过度充电、内部短路等异常情况下会存在爆炸的安全隐患。近几年锂电池安全事故频频爆出，表明锂二次电池安全问题已成为制约其更广泛深入应用的技术瓶颈。进一步发展具有更高比能量、高安全性的锂二次电池，对新能源产业进一步发展具有重要的意义和价值。

以聚合物固体电解质替代有机小分子电解液的聚合物锂电池在提高锂电池能量密度的同时，也有望彻底解决电池的安全性忧虑，因此，具有较好的开发前景。目前最常见的聚合物固体电解质的聚合物基体之一是聚偏氟乙烯(PVDF)类聚合物。然而，现有的PVDF基聚合物电解质在性能上仍有缺陷。例如，PVDF具有较高的结晶度，结晶区域占比高，导致锂离子在PVDF基体内无法快速传输，离子传导能力差；PVDF可以与锂金属负极反应，反应产生的副产物导致电解质与锂金属界面接触变成，并使电池极化增大，界面稳定性差；PVDF与锂金属接触反应，导致电化学窗口变低；由于PVDF承受不了热失控所产生的热量，导致其热稳定性较差，存在安全隐患。

因此，有必要对现有的PVDF基聚合物固体电解质进行改进。

发明内容

本发明旨在至少解决现有PVDF基聚合物固体电解质存在的上述问题的之一，为此，本发明提供一种含有新型锂盐的聚合物固体电解质及其制备方法。一方面通过添加新型锂盐来改善PVDF聚合物固体电解质的离子电导率、电化学窗口和热稳定性；一方面通过添加无机填料来降低PVDF聚合物固体电解质的结晶度，进一步提高离子电导率。

具体地，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种聚合物固体电解质，包括聚合物基体、锂盐和无机填料，其中，所述聚合物基体为PVDF或PVDF与PEO的混合物；所述锂盐包括锂盐A，所述锂盐A为三叔丁氧基氢化铝锂(LTTBA)或三乙基硼氢化锂(LTEB)或者两者的混合物。

所述锂盐A具有高的热分解温度，高的离子电导率和高的电化学氧化电压，将其加入到PVDF聚合物固体电解质中，可以有效提高PVDF的热稳定性、离子电导率和电化学窗口。同时，在聚合物基体中加入填料，一方面可以有提高PVDF的机械性能，另一方面也可以进一步的提高其离子电导率、耐压性能以及热分解温度。

此外，可以在聚合物基体中添加PEO，来达到改善聚合物固体电解质的界面性能的目的，以提高PVDF基聚合物固态电池的循环性能和倍率性能。

根据本发明的提供的一些实施方式，当聚合物基体为PVDF与PEO的混合物时，所述PEO与PVDF的质量比为1:3～25，例如：1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14、1:15、1:16、1:17、1:18、1:19、1:20、1:21、1:22、1:23、1:24、1:25，等等。

在一些实施方式中，当聚合物基体为PVDF与PEO的混合物时，所述PEO与PVDF的质量比为1:3～15。

在一些实施方式中，当聚合物基体为PVDF与PEO的混合物时，所述PEO与PVDF的质量比为1:5～15。