[发明专利]聚合物固态电解质、全固态锂电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚合物固态电解质、全固态锂电池及其制备方法。全固态锂电池包括正极、聚合物固态电解质层和负极，且正极、聚合物固态电解质层和负极依次层叠，所述聚合物固态电解质层是由聚合物电解质前驱体溶液与所述正极和负极原位聚合反应一体形成。本发明全固态锂电池所含聚合物固态电解质层与正负极之间的结合强度高，而且增强了聚合物固态电解质层离子电导率，电化学性能稳定。所述全固态锂电池的制备方法能够有效保证制备的全固态锂电池性能稳定。本发明聚合物固态电解质能够很好的解离第一锂盐，导电率高，而且柔性高，有利于锂离子在电解质中的传导，从而具有室温高离子电导率特性。

技术领域

本发明属于全固态电池技术领域，具体涉及一种聚合物固态电解质、全固态锂电池及其制备方法。

背景技术

可穿戴、柔性电子器件代表了消费电子产品的重大转变，可与功能器件无缝整合的柔性锂电池对可穿戴电子产品至关重要。过去十年，学术及产业界都在极力实现锂离子电池的柔性化，然而由于锂离子电池中活性材料的能量/重量比值不高，需要使用较厚的电极，因此无法同时实现良好的电池柔性与高能量密度。

其中，金属锂因其具有最低的电化学电位(-3.04V vs.SHE)和较高的比能量密度(理论容量3860mAh/g)而备受关注，被称为下一代储能设备的“圣杯”负极材料。使用锂金属作为柔性电池的负极材料可以显著提高电池的能量密度，但由于锂金属在空气中极易被氧化，从而导致锂金属电池的使用过程中存在极大的安全隐患。

目前商业化的电解液在使用过程中容易出现产气漏液等情况，加上电解液通常闪点较低，使得电池的容易出现起火爆炸等情况。固态电解质可以解决电解液泄露的问题，使得锂金属电池的商业化使用成为可能。目前研究的固态电解质材料主要包括聚合物电解质和无机固态电解质两大类。其中聚合物固态电解质被认为是柔性锂电池最理想的电解质材料，因其优异的机械柔韧性、轻质特性、与电极材料之间化学稳定性高、界面接触阻抗小以及成膜性好等优势。其中研究最为成熟的聚合物固态电解质是聚醚类中的聚环氧乙烷(PEO)，PEO中的醚键内聚能低，易于旋转，有利于离子的传导，但其室温易结晶，使得锂离子传导部分受限，导致其室温电导率仍然较低。聚硅氧烷固态电解质室温下易迁移锂离子，但其对锂盐较低的溶解性会导致较低的离子电导率，且机械柔韧性也较差。聚碳酸、聚氨酯类固态电解质介电常数高，通常采用硬与软嵌段相结合的方法保证优异机械性能和离子电导率，但其对锂金属极不稳定。

因此，急需分子设计一种室温离子电导率高，能改善正负极界面接触的聚合物固态电解质，既符合下一代高能密度电池要求，又匹配柔性电子器件的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种全固态锂电池及其制备方法，以解决现有全固态锂电池室温离子电导率不高，正负极界面接触不稳固和高能密度不高的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种全固态锂电池。所述全固态锂电池包括正极、聚合物固态电解质层和负极，且正极、聚合物固态电解质层和负极依次层叠，所述聚合物固态电解质层是由包括聚合物电解质前驱体溶液形成的聚合物固态电解质前驱体层与所述正极和负极结合后再经原位交联固化形成

本发明的另一方面，提供了一种全固态锂电池的制备方法。所述全固态锂电池的制备方法包括如下步骤：

配制聚合物电解质前驱体溶液；

将正极置于所述聚合物电解质前驱体溶液中进行浸润处理；

将包括所述聚合物电解质前驱体溶液在被所述浸润处理后的所述正极表面形成聚合物固态电解质前驱体层；

在所述聚合物固态电解质前驱体层的背离所述正极的表面上设置负极，后进行交联固化处理。

本发明的再一方面，提供了一种聚合物固态电解质。所述聚合物固态电解质包括聚合物电解质，所述聚合物电解质由包括如下浓度的组分经过交联固化形成：