[发明专利]固态电解质及具有它的锂电池与电化学载具结构

说明书

技术领域

本发明涉及固态电解质，更具体地，本发明涉及添加氧化石墨烯的固态电解质。

背景技术

对于行动电话及便携式计算机及电子产品而言，电池是相当重要的组件。为减小电子产品的尺寸及重量，提高电池的电容量并减小其体积被视为可改进的手段之一。由石墨材料形成负极的锂电池的平均电压大于或等于3.7V。再者，锂电池可避免充放电循环所造成的退化。综上所述，具高能量密度及输出密度的锂电池适用于可携式电子产品中。

为了应用于不同种类的组件，锂电池的形状设计需具高弹性及自由度，例如厚度小与面积大的薄型电池，或厚度小与面积小的卡式电池。然而，现有的电池组件中，需将正负极及电解液包覆于金属中，因而难以形成多样的形状。液态电解液不但会使制程变得相当复杂，还有漏液的可能性。

为了解决上述问题，电池最好采用固态电解质。固态电解质的离子传导性越高，采用它的电池效能越好。此外，固态电解质亦适用于电化学载具结构，其离子传导性也是越高越好。综上所述，目前亟需具有高离子传导性的固态电解质组成。

发明内容

本发明一实施例提供一种固态电解质，包括：85至95重量份的聚硅氧烷接枝聚氧烷甲基丙烯酸酯高分子；5至10重量份的锂盐；以及0.01至3重量份的氧化石墨烯。

本发明一实施例提供一种锂电池，包括上述的固态电解质。

本发明一实施例提供一种电化学载具结构(electrochemical carrier structure)，包括上述的固态电解质。

附图说明

图1是本发明实施例中，不同固态电解质的EO/Li与离子传导性的关系图；以及

图2是本发明实施例中，不同重量百分比的石墨烯氧化物添加至固态电解质的离子传导性的关系图。

具体实施方式

本发明一实施例提供一种固态电解质，包括：85至95重量份的聚硅氧烷接枝聚氧烷甲基丙烯酸酯高分子；5至10重量份的锂盐；以及0.01至3重量份的氧化石墨烯。

在本发明一实施例中，聚硅氧烷接枝聚氧烷甲基丙烯酸酯高分子的结构如式1所示。

(式1)

在式1中，m介于1至9之间。若m的数值过大，则容易产生结晶，电解质结构的柔软性降低，分子链受限制不易移动，造成电解质导电度降低。在式1中，p介于5至25之间。若p的数值过小，则氧烷基少，与锂离子缔合传送效果不佳，锂离子传递不易。在式1中，q介于1至5之间。若q的数值过大，则接枝氧烷基少，与锂离子缔合传送效果不佳。在式1中，r介于12至40之间。在式1中，x介于1至31之间。若x的数值过小，则与锂离子缔合传送效果不佳。在式1中，y介于3至29之间。若y的数值过大，则与锂离子缔合效果不佳，传递不易。

上述聚硅氧烷接枝聚氧烷甲基丙烯酸酯高分子的合成方式如下：

首先，将聚氧烷基胺(聚醚胺)与甲基丙烯酸环氧丙酯在60～80℃反应4～12小时，如式2所示。

(式2)

在式2中，起始物胺类可为市售的系列，如M-600(x＝1，y＝9)、M-1000(x＝19，y＝3)、M-2005(x＝6，y＝29)或者M-2070(x＝31，y＝10)。

接着，合成聚硅氧烷接枝聚氧烷甲基丙烯酸酯高分子，如式3所示，可参考氢硅化催化反应(J.Appl Electrochem(2009)39：253)：

(式3)

在式3中，聚甲基硅烷可为poly(methyl hydrosiloxane)(Aldrich、176206、n＝26～51)，而聚乙烯醇甲基丙烯酸酯可为Poly(ethylene glycol)methyl ether methacrylate(Aldrich、447943、n～9)。