[发明专利]聚合物固态电解质及其制备方法和固态电池

说明书

本发明涉及固态电解质的技术领域，特别是涉及一种聚合物固态电解质及其制备方法。所述聚合物固态电解质的组成包括含氟聚合物、无机填料、锂盐、功能助剂、聚氧化乙烯。所述的功能助剂选自2,6‑二叔丁基‑4‑甲基苯酚、叔丁基‑4‑羟基茴香醚和特丁基对苯二酚中的一种或多种。通过在聚合物固态电解质中添加特丁基对苯二酚、2,6‑二叔丁基‑4‑甲基苯酚或叔丁基‑4‑羟基茴香醚，能有效吸收PEO在高电压(≥4.0V)的作用下产生的自由基，阻断链式反应的发生，扩大了固态电解质的电化学窗口，有效提高电芯循环性能。

技术领域

本发明涉及固态电解质的技术领域，特别是涉及一种聚合物固态电解质及其制备方法。

背景技术

传统的液态锂电池又被科学家们形象地称为“摇椅式电池”，摇椅的两端为电池的正负两极，中间为电解质(液态)。而锂离子就像优秀的运动员，在摇椅的两端来回奔跑，在锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中，电池的充放电过程便完成了。固态电池的原理与之相同，只不过其电解质为固态，具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端，传导更大的电流，进而提升电池容量。因此，同样的电量，固态电池体积将变得更小。不仅如此，固态电池中由于没有电解液，封存将会变得更加容易，在汽车等大型设备上使用时，也不需要再额外增加冷却管、电子控件等，不仅节约了成本，还能有效减轻重量。

传统锂离子电池采用有机液体用作电解液进行锂离子的传输，但容易发生漏液、胀气等问题，严重时甚至会导致电池燃烧爆炸，使得电池存在安全隐患。全固态锂电池采用全固态电解质取代传统电池中的隔膜和电解液进行锂离子的传输，相对有机电解液来说更安全。

固态电解质按照其电解质材料可划分为两大类：有机固态电解质和无机固态电解质。聚氧化乙烯(PEO)是一种结晶性、热塑性的水溶性聚合物，聚氧化乙烯对氢键有很强的亲合力，能和很多小分子化合物、聚合物和无机纳米粒子形成络合物，并且聚氧化乙烯的介电常数高，还具有很好的溶解锂盐的能力。因此，在众多固态电解质中，聚氧化乙烯作为电解质材料的聚合物固态电解质具有高安全性，力学柔性，粘弹型和易成膜等优点，被认为是下一代高能储器件中最具潜力的固态电解质之一。

聚氧化乙烯基固态电解质的工作机理主要是：聚氧化乙烯分子具有很强的链段运动的能力，聚氧化乙烯的醚氧官能团可与锂盐中的锂离子发生络合反应，由于聚氧化乙烯的链段运动产生了自由体积，锂离子可通过不断同聚氧化乙烯长链中的醚氧键发生络合-解络合过程，由聚氧化乙烯的链段运动实现锂离子迁移。然而，使用聚氧化乙烯基聚合物固态电解质的电池，电芯循环性能不好。

发明内容

基于此，本发明提供一种聚合物固态电解质及其制备方法，能够改善聚氧化乙烯基固态电解质的电芯循环性能。

本发明的第一个方面，提供了一种聚合物固态电解质。其技术方案如下：

一种聚合物固态电解质，包括支撑材料、无机填料、锂盐、功能助剂、聚氧化乙烯。

在其中一些实施例中，所述功能助剂选自2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、叔丁基-4-羟基茴香醚和特丁基对苯二酚中的一种或多种。

在其中一些实施例中，所述功能助剂占总制备原料中的质量百分比为5％～15％。

在其中一些实施例中，所述支撑材料为聚偏氟乙烯。

在其中一些实施例中，所述无机填料为氧化镁。

在其中一些实施例中，所述锂盐为双氟磺酰基亚胺锂。

在其中一些实施例中，以质量百分比计，所述聚合物固态电解质的制备原料包括：

本发明的第二个方面，提供了一种聚合物固态电解质的制备方法。其技术方案如下：

一种聚合物固态电解质的制备方法，包括以下步骤：