[发明专利]一种聚合物固态电解质及包括该聚合物固态电解质的电池

说明书

本发明提供了一种聚合物固态电解质及包括该聚合物固态电解质的电池。所述聚合物固态电解质包括高分子聚合物、快离子导体陶瓷材料；所述高分子聚合物为季戊四醇四丙烯酸酯、含有羟基的丙烯酸酯和含有苯基的异氰酸酯通过反应后得到的。本发明的聚合物固态电解质含有丰富的醚氧键，能有效络合锂离子，加速锂离子的传输；同时快离子导体陶瓷材料的加入能够填充到高分子聚合物的结晶区内，提高聚合物固态电解质的电导率；苯环基团的引入能够提升聚合物固态电解质的机械强度，抑制锂枝晶的生成。该聚合物固态电解质可广泛应用于聚合物固态电池。

技术领域

本发明属于固态电池技术领域，具体涉及一种聚合物固态电解质及包括该聚合物固态电解质的电池。

背景技术

随着新能源汽车的普及，锂电池作为汽车的主要零部件，需求量越来越大。由于续航里程的要求，电池的能量密度越来越高，电池的安全性越来越突出，安全性仍然是制约锂离子电池在高功率/高能量领域应用的关键因素。目前商业化的锂离子电解液应用了大量的易挥发、易燃的碳酸酯类溶剂，当电池温度升高、外力挤压、过冲、短路等情况出现时，电池会出现热失控，燃烧甚至爆炸，存在极大的安全隐患。

固态锂离子电池采用的非液态电解质主要有聚合物电解质、氧化物电解质和硫化物电解质；其中氧化电解质的锂离子电导率低，电解质与电极的界面接触差，硫化物电解质因其原料硫化锂的成本过高，同时生产条件苛刻等问题未能大规模应用；因此聚合物电解质有望成为最有希望的下一代固态电解质。

现有的聚合物电解质主要分为固态聚合物电解质和凝胶聚合物电解质，固态聚合物电解质主要特点是力学性能优异，但是其锂离子电导率低，凝胶聚合物电解质有与液态电解质相媲美的电导率，但其力学性能差，化学稳定性不好。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明的目的是提供一种聚合物固态电解质及包括该聚合物固态电解质的电池。本发明通过在季戊四醇四丙烯酸酯和含有羟基的丙烯酸酯形成的低聚物上接枝含有苯基的异氰酸酯，形成一种具有二维互穿网络结构的聚合物固态电解质，所述聚合物固态电解质含有丰富的醚氧键和苯环官能团，可以提供锂离子传输通道，能够增加锂离子迁移数，拓宽聚合物固态电解质的电化学窗口，提高聚合物固态电解质的机械强度，抑制锂枝晶的生成，提高电池的电学性能和安全性能。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种聚合物固态电解质，所述聚合物固态电解质包括高分子聚合物、快离子导体陶瓷材料；所述高分子聚合物为季戊四醇四丙烯酸酯、含有羟基的丙烯酸酯和含有苯基的异氰酸酯通过反应后得到的。

根据本发明的实施方式，所述聚合物固态电解质具有二维互穿网络结构。

根据本发明的实施方式，所述高分子聚合物(具体地，所述高分子聚合物中含有丰富的醚氧键和苯环官能团)可以提供锂离子传输通道，提高聚合物固态电解质的电化学窗口，提高聚合物固态电解质的机械强度。

根据本发明的实施方式，所述高分子聚合物为低聚物和含有苯基的异氰酸酯通过反应后得到的，所述低聚物为季戊四醇四丙烯酸酯和含有羟基的丙烯酸酯通过反应后得到的。

根据本发明的实施方式，所述高分子聚合物为低聚物和含有苯基的异氰酸酯在催化剂作用下通过反应后得到的，所述低聚物为季戊四醇四丙烯酸酯和含有羟基的丙烯酸酯在引发剂作用下通过反应后得到的。

根据本发明的实施方式，所述季戊四醇四丙烯酸酯具有如下式1所示的结构式：

根据本发明的实施方式，所述含有羟基的丙烯酸酯选自2-羟基丙烯酸乙酯、丙烯酸羟丙酯、2-羟基甲基丙烯酸乙酯、2-羟基甲基丙烯酸丙酯、三羟甲基丙烷、三羟基丙烷三丙烯酸酯中的至少一种。

根据本发明的实施方式，所述季戊四醇四丙烯酸酯和含有羟基的丙烯酸酯的摩尔比为1:1～5，例如1:1、1:1.5、1:2、1:3、1:4或1:5。