[发明专利]阻燃固液混合固态电解质以及制备方法和含其的锂电池

说明书

本申请公开了一种阻燃固液混合固态电解质以及制备方法和含其的锂电池。所述阻燃固液混合固态电解质包括阻燃液相成分、锂盐和高分子网络结构，所述阻燃液相成分和锂盐分散在所述高分子网络结构中；其中，所述阻燃液相成分包括含磷有机化合物；所述含磷有机化合物包括磷酸酯、亚磷酸酯和膦酸酯及其卤化物，为高效的阻燃液体；所述高分子网络结构由高分子网络结构单体聚合得到；所述高分子网络结构单体选自含C＝C的酯类化合物中的至少一种,具有高的机械强度。本发明得到的电解质能够较好地提升电池的循环性能和安全性能。

技术领域

本申请涉及一种阻燃固液混合固态电解质以及制备方法、应用，属于电解质技术领域。

背景技术

近些年来，随着电动汽车以及分布式储能的迅速发展，人们对高比能的储能系统有着更为迫切的追求。由于金属锂负极其具有高的比容量(3860mAh g^-1)和低的电化学还原电势(-3.04V vs.标准氢电极)，基于金属锂为负极的电池理论上具有高的能量密度，但传统的基于有机液态电解液的金属锂电池由于金属锂与液态电解液之间不稳定的化学作用及其存在的严重的安全隐患，大大限制了金属锂电池的应用。采用固态电解质，金属锂的枝晶生长和副反应有望得到抑制，使得电池显示出更高的安全性和更长的循环寿命。目前来讲，固态电解质主要可分为无机陶瓷类和聚合物类。在室温下，无机陶瓷类固体电解质可以提供与液体电解质相当的Li⁺电导率，但是大多数陶瓷颗粒与电池电极的界面接触不良，机械性能较差，无法与现有的锂离子电池制造工艺相匹配。而基于聚合物的固体电解质具有良好的机械性能，可适应常规电池的制造，且其中一些已成功应用于以电动汽车。然而，基于聚合物的固体电解质在室温下显示出较低的Li⁺电导率，电池通常需要较高的工作温度(例如，60℃)。为了提高聚合物固体电解质的Li⁺电导率，可行的做法是将有机液体电解质引入聚合物基体得到固液混合固态电解质。

固液混合固态电解质中的液体含量会显著影响电解质的性能。在高液体含量下，固液混合固体电解质显示出较高的Li⁺电导率，但机械性能却大大减弱。与此同时，烃基液体溶剂(或增塑剂)的易燃性会同时带来严重的安全隐患。在固体聚合物基体中引入阻燃基团可以在一定程度上改善其热稳定性。但是，现有的工作都还是将易燃的碳酸酯/醚类电解质用作液相，使得整体的电解质仍然易燃。也有部分工作将阻燃液体(比如说磷酸酯)采用溶胀的方式引入固液混合固态电解质，但是游离的磷酸酯可能会导致电极-电解质界面恶化，同时降低电解质的机械强度。因此，发展兼具高离子电导率，优异机械性能，良好界面相容性和安全性的固液混合固态电解质非常重要。

本专利通过以阻燃型磷酸酯为固液混合固态电解质的液相成分，通过电池单体内原位聚合高分子单体，发展出了一系列可用于锂电池的阻燃型固液混合固态电解液。该电解液在工作时，搭配金属锂和各类正极材料均表现出更高的安全性能和稳定的循环性能，同时，此类阻燃型固液混合固态电解液所能搭配的负极材料不仅限于金属锂，其他类的负极材料亦可，具有广阔的应用前景及优势。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种阻燃固液混合固态电解质，该固态电解质以原位聚合的方式，选择特定种类的阻燃型含磷有机化合物封装于高强度的高分子骨架内部，能得到兼具高强度、高离子电导率、高离子迁移数、良好界面兼容性的固液混合固体电解质，本发明得到的电解质能够较好地提升电池的循环性能和安全性能。本发明的制备方法易于调控，可灵活搭配溶剂、锂盐、添加剂的种类和比例，作为锂电池的电解质，具有很高的安全性和应用前景。该制备方法简单，原料易得，适宜大规模生产。

一种阻燃固液混合固态电解质，其特征在于，所述阻燃固液混合固态电解质包括阻燃液相成分、锂盐和高分子网络结构，所述阻燃液相成分和锂盐分散在所述高分子网络结构中；

其中，所述阻燃液相成分包括含磷有机化合物；

所述含磷有机化合物中含有式Ⅰ、Ⅱ所述的基团的任意一种，其特征是具有高效阻燃特性的低粘度液体：