[发明专利]复合固态电解质及其制备方法

说明书

本发明涉及复合固态电解质及其制备方法，属于固态电解质制备领域。复合固态电解质，由PVDF、复合聚合物和锂盐按重量比为3～8:0.1～0.6:4.4～11.4组成；其中，所述复合聚合物为聚氯乙烯和聚苯并咪唑中的至少一种；所述锂盐为高氯酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂和六氟磷锂中的一种或两种。本发明制备的复合固态电解质有效改善了聚合物固态电解质的热稳定性以及阻燃性能，进一步提升了电池的安全性能。

技术领域

本发明涉及复合固态电解质及其制备方法，属于固态电解质制备领域。

背景技术

锂金属负极由于其较高的理论容量(3860mAh g^-1)，较小的重量密度(0.534g cm^-3)以及较低的电化学电势(-3.04V vs标准氢电极)成为了新一代高比能二次电池最理想的负极材料。但锂金属电化学活性较高，易被氧化释放热量。在于传统液态电解液体系搭配使用时，液态电解液通常存在有毒、易泄露且电化学性质不稳定等因素。因此高效安全利用金属锂电池仍然面临巨大挑战。半结晶性聚偏氟乙烯(PVDF)聚合物被广泛用作聚合物固态电解质基材，其不含有液体，且能够有完美解决液态电解液有毒、易泄露的缺点。此外PVDF不阻燃，在高温中会被分解成小分子量的含氟聚合物，羰基氟化物以及氟化氢等小分子。并且PVDF聚合物分子高温炭化后成炭率低，且石墨化程度较不高，不能有效的覆盖在聚合物表面隔绝氧和热，从而使得PVDF聚合物电解质被持续不断的分解。

目前广泛采用在PVDF聚合物基底中引入不燃且热稳定性高的无机陶瓷颗粒(如(Mg,Al)₂Si₄O₁₀(OH),montmorillonite(MMT)等)从而提高PVDF聚合物固态电解质的阻燃性以及安全性。但是无机陶瓷颗粒与聚合物间的表面能差异过大，导致聚合物-无机陶瓷颗粒间的作用力较小，因此无机陶瓷颗粒会在聚合物基底中发生团聚现象以达到其能量最小的状态。

因此，本发明的目的在于制备一种具有阻燃性能、且高温电化学性能稳定的聚合物固态电解质。

发明内容

本发明解决的第一个技术问题是提供一种复合固态电解质。

复合固态电解质，由PVDF、复合聚合物和锂盐按重量比为3～8:0.1～0.6:4.4～11.4组成；

其中，所述复合聚合物为聚氯乙烯和聚苯并咪唑中的至少一种；所述锂盐为高氯酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂和六氟磷锂中的一种或两种。

在一种实施方式中，所述的复合固态电解质，由PVDF、复合聚合物和锂盐按重量比为3～5.8:0.1～0.46:4.4～4.64组成。

在另一种实施方式中，所述的复合固态电解质，由PVDF、复合聚合物和锂盐按重量比为5.8:0.46:4.64组成。

在一种实施方式中，所述复合聚合物为聚苯并咪唑。

其中，所述复合固态电解质在300℃下的热收缩率≤34％。

本发明解决的第二个技术问题是提供一种复合固态电解质的制备方法。

复合固态电解质的制备方法，按以下步骤进行：

a、将有机溶剂与复合聚合物混匀得到悬浊液；其中，所述有机溶剂为甲基乙基酮、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜和二甲基乙酰胺中的一种或两种；

b、将步骤a制备的悬浊液在60℃～80℃混合，形成稳定均一的胶液；

c、在上述胶液中加入锂盐与PVDF，在室温下混合，形成均一的溶液；

d、将步骤c制得的溶液涂敷在基底上成膜、干燥，形成复合固态电解质。

在一种实施方式中，步骤a中，有机溶剂与复合聚合物的质量比为80～92.5:0.1～0.6。