[发明专利]聚苯并咪唑基复合固态电解质及制备方法和锂电池

说明书

本发明提供了一种聚苯并咪唑基复合固态电解质，包括如下重量份数的原料：聚苯并咪唑100份、无机固态电解质0.1份～1000份和锂盐5份～85份。本发明的聚苯并咪唑基复合固态电解质，具有良好的离子传导能力，并且易于制备成膜，热稳定性高，机械性能好，尺寸稳定性好。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种聚苯并咪唑基复合固态电解质及其制备方法和锂电池。

背景技术

随着锂电池的不断发展，高能量密度的正负极材料不断被开发应用，然而现有商业化的液态电解质由于电化学稳定性低，安全性差等问题，无法很好的兼容新型的正负极材料，因此，高电化学稳定性、安全可靠的固态电解质成为电解质材料发展的趋势。

固态电解质除了要具有良好的电化学性能，还要具有良好的热稳定性，保证电池运行放热时不会出现尺寸的缩减造成电池运行事故，同时还需要具备良好的成膜性和机械强度，易于加工，方便组装和使用。无机固态电解质的离子电导率通常较高，室温可达10^-4S·cm^-1以上，锂离子的迁移率高，几乎可以称为单离子传导，并且无机固态电解质的硬度较大，利于抑制电池运行过程中产生的锂枝晶的生长，更利于电池的安全可靠运行。但是无机固态电解质材料通常要高温煅烧制备，刚性强但不易于制备成膜，界面性能也较差，无法有效与电极材料精密接触。聚合物材料易于加工制备、柔韧性较好，易于制备成膜，与电极材料的相容性也更好。综合有机聚合物材料和无机固态电解质材料的特点，制备复合型固态电解质，可以有效提升固态电解质的综合性能。然而，目前的复合型固态电解质主要基于无机固态电解质和聚氧化乙烯(PEO)型聚合物电解质复合。而PEO电解质热性能相对较差，高温时易于出现熔融及分解的情况，导致电解质的稳定性下降，另外，PEO材料的机械强度也不高，复合后的电解质强度较差易于破裂。

因此，亟待研究一种稳定性能好、机械强度高的电解质。

发明内容

鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种聚苯并咪唑基的复合固态电解质，其热稳定性高，机械强度好，能够保证电池安全运行。

为达到本发明的目的，第一方面，本发明提供了一种聚苯并咪唑基复合固态电解质，包括如下重量份数的原料：聚苯并咪唑100份、无机固态电解质0.1份～1000份和锂盐5份～85份；

优选地，所述无机固态电解质为10份～400份。

本发明的聚苯并咪唑基复合固态电解质，具有良好的离子传导能力，并且易于制备成膜，热稳定性高，机械性能好，尺寸稳定性好。

作为本发明的具体实施方式，所述的聚苯并咪唑基复合固态电解质，还包括添加剂0.1份～1000份，例如0.1份，1份，10份，100份，300份，500份，700份，1000份及其任意组合的范围。

优选地，所述添加剂至少选自聚乙二醇、琥珀酸腈、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯中的一种。其中，聚乙二醇的数均分子量为100g/mol～50000g/mol，例如100g/mol，500g/mol，1000g/mol，5000g/mol，10000g/mol，30000g/mol，50000g/mol及其任意组合范围。

本发明对聚苯并咪唑的结构不作特别限定，只要符合定义的聚苯并咪唑结果均在本发明的保护范围之内。

本发明中的聚苯并咪唑、无机固态电解质和锂盐均可商购获得，也可自制得到，本发明对此不作特别限定。

作为本发明的具体实施方式，所述聚苯并咪唑具有式Ⅰ的重复单元结构：

其中，R至少选自式Ⅱ或式Ⅲ中的一种：

R₁至少选自式Ⅳ～式ⅱ中的一种：