[发明专利]聚合物电解质及其制备方法和包括该聚合物电解质的电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物电解质和该聚合物电解质的制备方法，以及包括 该聚合物电解质的电池。

背景技术

固体聚合物电解质的研究始于1973年Wright等人(D.E.Fenton，J.M. Parker，P.V.Wright，Polymer，1973，14，589)对聚氧化乙烯与碱金属离子络合 物导电性的发现。到1979年，法国Armand等人(J.M.Tarascon，M.Armand， Nature，2001，414，359)又发现聚氧化乙烯碱金属盐络合物在40-60℃时离子 电导率为10^-5西门子/厘米，且络合物具有良好的成膜性，可用作锂离子电池 电解质。

然而，聚氧化乙烯本身结构所引起的易结晶性，使锂离子在其中的传输 变得困难，一般其室温离子电导率仅能达到10^-7-10^-8西门子/厘米这个数量 级。为此人们采取了多种方式来改善其聚合物电解质的性能，其中与无机材 料共混和复合是聚合物改性的重要手段。

掺杂无机材料尤其是无机纳米粒子是提高聚合物电解质性能非常有效 的方法。其中最常用的掺杂剂一般有氧化物材料、铁电性材料、含锂化合物、 蒙脱土、分子筛、固体酸这几大类材料，而且掺杂剂的掺杂方式也一般采用 直接投料法，即将无机掺杂剂作为原料直接加入到聚合物基体中，通过机械 搅拌或超声波振荡将无机掺杂剂粒子分散于聚合物基体中。例如，CN 1622385A公开了一种固体酸的全固态聚合物电解质，其中，该聚合物电解 质由聚氧化乙烯、锂盐和固体酸组成，其配比为：聚氧化乙烯和锂盐的PEO/Li 摩尔比为8-24，固体酸占聚氧化乙烯的2-20重量％，聚氧化乙烯的分子量为 2×10⁵-1×10⁶，锂盐为LiClO₄、LiBF₄、LiPF₆或LiCF₃SO₃，固体酸为SO₄^2--ZrO₂或SO₄^2--TiO₂。

然而，当使用固体酸特别是纳米级固体酸作为无机掺杂剂粒子时，由于 其表面具有较高的表面能，极易发生团聚，对电解质膜的结构具有很大的影 响，因此制备出的聚合物电解质室温电导率较低，仅能达到2×10^-5西门子/ 厘米，而且锂离子迁移数也较低。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的聚合物电解质的室温电导率和 锂离子迁移数较低的缺陷，提供了一种室温电导率和锂离子迁移数高的聚合 物电解质及其制备方法和包括该聚合物电解质的电池。

本发明提供了一种聚合物电解质，该聚合物电解质含有聚氧化乙烯、锂 盐和掺杂剂，其中，所述掺杂剂为非水溶性的金属硫化物。

本发明还提供了一种聚合物电解质的制备方法，其中，该方法包括在聚 氧化乙烯存在下将含有金属离子的溶液与含有硫离子的溶液接触，将接触后 的产物与锂盐混合均匀，并将混合均匀后的产物进行成膜，所述金属离子为 非水溶性的金属硫化物的金属离子。

本发明还提供了一种聚合物电池，该聚合物电池包括正极、负极和聚合 物电解质，所述聚合物电解质位于正极和负极之间，其中，所述聚合物电解 质为本发明提供的聚合物电解质。

本发明提供的聚合物电解质由于含有非水溶性的金属硫化物作为掺杂 剂，从而显著改善了聚氧化乙烯的结构，增加了聚氧化乙烯的非结晶相，并 因此使聚合物电解质的室温电导率和锂离子迁移数得到了显著地提高，同时 也可以改善聚合物电解质的界面稳定性。本发明提供的聚合物电解质通过使 铜化合物和硫化物在聚氧化乙烯存在下进行接触，从而在聚氧化乙烯上原位 生成粒径为100纳米以下的非水溶性的金属硫化物颗粒，并有效防止了非水 溶性的金属硫化物的团聚，从而均匀分散于聚氧化乙烯中。

通过对本发明的实施例中制备的聚合物电解质的性能进行检测得出，本 发明提供的聚合物电解质的室温电导率高达2.3×10^-4西门子/厘米，锂离子迁 移数高达0.45；而现有技术的聚合物电解质的室温电导率仅为2×10^-5西门子 /厘米，锂离子迁移数仅为0.20。