[发明专利]一种固态锂电池二氧化硅气凝胶框架电解质及制备方法

说明书

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种固态锂电池二氧化硅气凝胶框架电解质及制备方法。本发明依次通过二氧化硅气凝胶和锂盐制备载锂二氧化硅气凝胶，然后聚硅氧烷和环氧乙烷在真空气氛，六氰基钴酸铁的催化下制备一种改性聚合物溶胶并将载锂二氧化硅气凝胶包裹，制备一种二氧化硅气凝胶框架聚合物电解质材料。这种二氧化硅气凝胶框架聚合物电解质增加了电解质内部的锂离子通道，并且机械强度较高；此外改性聚合物溶胶增加了‑O‑极性键，提高了锂离子在聚合物中的迁移效率，从而提高电解质体系的离子电导率。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种固态锂电池二氧化硅气凝胶框架电解质及制备方法。

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，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，新能源电动汽车受到越来越多的关注。

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。锂离子电池能量密度高，稳定性强，无记忆效应，循环寿命长，作为一种商业化的高效储能器件得到了广泛应用。目前商业锂离子电池主要采用有机电解液，其在非常规环境下存在漏液、燃烧、爆炸等安全隐患。即传统锂离子电池中所使用的电解质为液态的六氟磷酸锂，由于其自身极不稳定，容易分解导致电池胀气，同时在高温、短路、过充或物理碰撞时极易燃烧和爆炸。尽管通过外部封装加入保护机制，其仍然具有较大的安全隐患。

固态锂离子电池使用固态电解质替代液态电解质，可以从根本上解决液态锂离子电池的安全问题和使用温区问题，同时可以有效降低电解质对正负极的腐蚀，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。聚硅氧烷具有较低玻璃化转变温度(低于-100℃)，且尺寸热稳定性好，化学稳定性好不易燃烧，因此聚硅氧烷基聚合物电解质的安全性更高。

申请号为201910828414.6的中国专利公开了一种固态锂电池，包括：正极、负极和固态电解质，其中，所述正极包括正极活性物质，所述正极活性物质包括粒径为100纳米～1微米的过渡金属氧化物。本发明固态锂电池中正极活性材料采用粒径为100纳米～1微米的过渡金属氧化物，具有较高的可逆比容量和较高的电位平台，可逆比容量大于674mAh/g，比能量大于1014Wh/kg，并且与不同类型的固态电解质均能匹配稳定循环。

申请号为201911384702.3的中国专利公开了一种高导电率复合固态电解质、其制备方法及原位固态锂电池，将不饱和双键的烯类单体液体或可引发聚合的醚类电解液作为溶剂，加入锂盐、陶瓷型固态电解质和引发剂，混合均匀得到前驱体溶液，加热聚合，得到柔软的薄膜，即为高导电率复合固态电解质；采用高导电率复合固态电解质，裁剪后与电极材料进行组装，并在高导电率复合固态电解质与电极材料之间滴加前驱体溶液封装，加热聚合，得到原位固态锂电池。与现有技术相比，本发明采用自身聚合的复合膜作为固态电解质，不再额外使用传统的纤维素膜、聚酰亚胺隔膜或聚芳砜酰胺隔膜作为支撑，可以极大的增加锂离子的传输通路，具有极好的电池稳定性和库伦效率，具有广阔的应用前景。

申请号为201780089708.0的中国专利描述了基于极性聚硅氧烷聚合物的新型聚合物电解质的合成和电化学性能。与环氧乙烷类聚合物不同，这些材料在高达至少4.2V的电压下具有氧化稳定性，4.2V的电压是使用诸如锂镍钴铝氧化物(NCA)和锂镍钴锰氧化物(NCM)之类的阴极材料的高能电池的工作电压。本发明还描述了在固态锂电池中使用这些聚合物电解质替代PEO的应用。