[发明专利]一种利用乙烯-醋酸乙烯共聚物为填料制备固态锂离子电池聚合物电解质薄膜的方法

说明书

一种利用乙烯‑醋酸乙烯共聚物为填料制备固态锂离子电池聚合物电解质薄膜的方法，它涉及一种提高固态锂离子电池性能的聚合物电解质薄膜制备方法。本发明要解决现有固态电解质界面阻抗高和高倍率下电池的循环稳定性差的问题。本发明的方法如下：一、聚合物电解质薄膜基体前驱体溶液的制备；二、聚合物电解质薄膜前驱体溶液的制备；三、聚合物电解质薄膜的制备；四、固态锂离子电池的组装。本发明中乙烯‑醋酸乙烯共聚物提高了电解质的倍率性能，在聚合物电解质薄膜中形成物理束缚以增强机械强度，推进实际生产应用。本发明用于锂离子电池领域。

技术领域

本发明属于固态锂离子电池领域，具体涉及一种利用乙烯-醋酸乙烯共聚物为填料制备固态锂离子电池聚合物电解质薄膜的方法。

背景技术

锂电池作为当今社会发展新能源产业的重要方面，近几年来，国内外市场对锂电池数量的需求量持续增大，锂电池生产行业发展迅猛。由于不含可燃物液体电解质，电池的安全性会更好，所以高安全性和高能量密度的全固态锂离子电池引起了社会上越来越多人的重视。由于固态电解质离子电导率低，与电极间的界面接触差以及机械强度不够，使得全固态锂离子电池在实现大规模生产时遇到许多挑战。

全固态锂离子电池想要实现商业化，其中的固态电解质必须具备两个条件：一是室温下的锂离子电导率高(如10^-3S·cm^-1)；二是与电极之间形成良好的界面。可以考虑的固体电解质材料有两类:无机固体电解质和聚合物固体电解质。无机固体电解质Li₁₀GeP₂S₁₂(LGPS)、Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)、La_1-xLi_xTiO₃(LLTO)、Li_1+xAl_xT_2-x(PO₄)₃(LATP)中室温锂离子电导率高，但是界面接触和机械强度差。聚合物电解质薄膜由聚合物和锂盐组成，具有良好的安全性、成膜性和黏弹性，与电极具有良好的界面接触和相容性，但室温离子电导率低，力学性能差，因此还未投入实际应用生产。

发明内容

本发明对现有技术中聚合物电解质离子电导率低、界面接触和机械强度差，无法同时提高上述性能的问题，提出了一种利用乙烯-醋酸乙烯共聚物制备聚合物电解质薄膜提高固态锂离子电池性能的方法。

乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)是在聚乙烯(PE)的长链结构中引入醋酸乙烯(VA)基，其中的VA含量是影响其性能的最大因素，因为VA是极性基团，随着VA含量的增加，结晶度降低，提高了柔韧性、抗冲击性和耐油性，相应的其极性增加，所以和填料相溶性增加，阻燃性也略有增加。乙烯-醋酸乙烯共聚物与固态聚合物电解质薄膜中的甲基丙烯酸甲酯、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)共聚物与聚偏氟乙烯以及有机蒙脱土五者联合配伍，形成锂离子迁移活性位点，促进锂离子嵌段迁移，使固态聚合物电解质薄膜具有更高的离子电导率、更小的界面阻抗、更稳定的固体电解质界面膜和更适合实际应用的机械强度及粘弹性，表现为聚合物电解质薄膜本身的高性能以及组装半电池后界面间的良好相容性。利用该方法制备得到的改性聚合物电解质薄膜能够在5C下稳定循环且提供了高初始放电比容量(100～138mAh·g^-1)，并在100次循环后仍然保持90～106mAh·g^-1的放电比容量和95～97％的库伦效率。

本发明的有益效果：

本发明以甲基丙烯酸甲酯在N,N-二甲基甲酰胺聚合产物聚甲基丙烯酸甲酯、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)共聚物与聚偏氟乙烯以及有机蒙脱土五者联合配伍的有效结合形成锂离子迁移活性位点，提高锂离子电导率和迁移数，并降低热量的传递，改善聚合物电解质薄膜的耐热性能，提高韧性和整体机械强度。