[发明专利]一种电解质基体、其制备方法及其用途

说明书

本发明提供了一种电解质基体、其制备方法及其用途，所述的电解质基体包括PEO‑PPO‑PEO三元嵌段共聚物。本发明中采用PEO‑PPO‑PEO三元嵌段共聚物作为电解质基体，成膜性好，室温离子电导率高，且明显高于其他常规聚合物电解质基体。本发明提供的复合固态电解质，以PEO‑PPO‑PEO三元嵌段共聚物为电解质基体，具有机械强度高、抵抗锂枝晶效果好和热稳定性能优异等特点，并且电化学稳定窗口可以达到4V，室温下相对于其他常规聚合物基体(PEO、PVDF、PAN或PMMA)制备的复合固态电解质，离子电导率高出一个数量级，可以达到4.5*10^‑4S/cm。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及电解质基体，尤其涉及一种电解质基体、其制备方法及其用途。

背景技术

传统液态锂离子电池提升空间有限，普遍认为天花板在400wh/kg。因此开发新的高能量密度储能器件显得尤为关键。固态锂电池是被广泛认可的下一代电池技术，其理论能量密度可以达到800wh/kg，并且固态锂电池不会发生热失控，安全性能更高，具有极好的应用潜力。

尽管固态锂电池优势较大，但是其中关键部件固态电解质是限制其实现商业化的关键瓶颈。目前主流的固态电解质主要分为以下几类：(1)聚合物固态电解质柔顺性较好，成膜性能优异。然而，室温离子电导率普遍较低，以PEO为例，室温离子电导率仅有10^-6-10^-7S/cm，电池室温下极化较大；(2)无机氧化物电解质室温离子电导率较高，可以达到10^-4-10^-3S/cm，但是质地较硬，界面阻抗大，加工性能差，原材料成本高，从而抬升整体电池造价；(3)无机硫化物电解质室温离子电导率较高，在10^-3S/cm，但是与锂负极之间存在副反应，对生产环境要求苛刻，硫化物电解质成膜性能较差，生产工艺复杂。

综合上述几种类型的固态电解质优缺点，聚合物电解质由于具有较好的成膜加工性能，并且价格低廉。目前常见的聚合物基体有聚环氧乙烷(PEO)，聚偏氟乙烯(PVDF)，聚丙烯腈(PAN)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等，但是在室温下离子电导率均较低，仅10^-6-10^-7S/cm。尽管再通过与其他无机填料复合，能够一定程度提升整体离子电导率，但是由于其纯的聚合物基体本身离子电导率不理想，导致复合固态电解质整体离子电导率上升空间极其有限，一般都只能提升到10^-5S/cm，依然很难在室温下实现应用。

CN111138596A公开了一种聚合物电解质及包括该聚合物电解质的锂离子电池。该聚合物电解质的制备方法，包括：(1)将有机溶剂溶解功能聚合物，混合均匀后得到A体系，其中A体系中功能聚合物的质量占比为0.2％～30％；(2)将A体系、锂盐和功能添加剂混合均匀，即得到混合液；(3)将所述混合液进行原位聚合得到聚合物电解质，所述聚合物电解质中至少含有一个碳酸酯结构、一个酯结构、一个硼结构和一个氟结构；所述碳酸酯结构、酯结构、硼结构和氟结构可相互组合成不同的链段。该聚合物电解质与锂盐的阴离子亲和性较好、具有较高的电导率，大大提升半固态电池性能。本发明制备的半固态基于现有锂离子电池加工工艺，具有良好的加工性能和电化学性能，具有一定的应用前景。

CN109004280A公开了一种全固态聚合物电解质的制备方法及全固态聚合物电池，电解质的制备步骤如下：将聚碳酸酯单体与羧基或羟基聚碳酸酯单体进行聚合反应，得到聚合物A；将聚醚单体、聚乙二醇丙烯基单体和功能聚合物加入溶剂中，并加入锂盐、引发剂，选择性加入助剂及功能填料，进行引发反应，得到聚合物B；将聚合物A和聚合物B加入溶剂中，并选择性加入羧基交联剂混合均匀，得到聚合物混合体系；将羟基交联剂加入到聚合物混合体系中并混合均匀，将得到的混合液均匀涂布在模具上，在真空干燥箱内惰性气体氛围下进行交联反应；反应结束后，在惰性气体氛围下真空干燥得到全固态聚合物电解质膜。该发明的固态聚合物电解质的相容性及机械强度良好且室温离子电导率高。