[发明专利]一种聚合物锂硒电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚合物锂硒电池及其制备方法，发明的聚合物锂硒电池包括正极，电解质，隔膜和负极，其中正极包括：硒基活性物质，导电添加剂，粘结剂，负极为金属锂，电解质为聚合物电解质，包括溶剂，聚合单体，引发剂和锂盐。本发明提供的聚合物锂硒电池，其优点在于：能量密度高，安全性和化学稳定性优异，同时制备方法简单，条件温和，生产成本低，原料易得，适合大规模商业化生产。

技术领域

本发明属于聚合物电池制造领域，涉及一种新型的聚合物锂硒电池及其制备工艺。

背景技术

随着电动汽车等领域的迅速崛起，未来社会对电池的容量和能量提出了更高的要求，这意味着具有高能量密度的锂硒(硫)电池势必会脱颖而出，在未来的能源体系中占据重要地位。硒作为硫的同族元素，化学性质与硫有相似之处，锂硒电池也被视为一种极具前景的高能量密度二次电池。相比于锂硫电池，锂硒电池具备诸多优点，例如硒的电导率(1×10^-3S cm^-1)远高于硫(5×10^-28S cm^-1)，这保证硒具有更高的电化学性能。另外，虽然硒的理论质量比容量低于硫，但由于硒密度较大，它的体积能量密度与硫相当，这对于未来储能设备的小型化是具有重要意义的。因此，硒也是高能量密度电池构建时的理想正极材料之一。然而作为一种典型的金属锂二次电池，锂硒电池在液态体系中进行循环时，负极的金属锂在长循环过程中极易粉化及生成枝晶，刺穿隔膜，导致短路和起火等安全问题。此外，传统的液态电池体系本身也存在同样诸多问题，例如液态电解质的毒性和易燃性，极易发生燃烧、爆炸等安全事故等。

本发明创造性地利用聚合物取代传统液态电解液作为锂硒电池的电解质，得到一种新型的聚合物锂硒电池。相比于传统的液态锂硒电池，该发明可以解决上述液态锂硒电池中的诸多问题，例如金属锂负极的枝晶问题以及电池电解液的安全隐患等。同时该发明提供的原位聚合的方法简单，反应条件温和，且组装的聚合物锂硒电池具有高的能量密度与良好的循环稳定性。

发明内容

本发明提供一种新型的聚合物锂硒电池。其特征为：包括由硒基活性物质，导电添加剂和粘结剂组成的正极，由溶剂，聚合单体，引发剂和锂盐组成的聚合物电解质，以及负极。其中，聚合单体选自至少含有一个氧原子的环状醚类有机物的一种或几种，单体与溶剂的体积比为10:90-90:10，优选50:50-80:20。

所述聚合物电解质至少包括溶剂，单体，和锂盐三部分。溶剂选自二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、乙腈(ACN)、二氯甲烷(DCM)、乙二醇二甲醚(DME)、三乙二醇二甲醚、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸丙烯酯(PC)中的一种或几种。

所述环状醚类有机物选自至少含有1个氧原子的C2～C20环烷烃或至少含有1个氧原子的C3～C20环烯烃。

优选地，所述环烷烃醚类有机物选自至少含有1个氧原子的(CH₂)_nO_m单环烷烃、C_nH_2n-2O_m螺环或桥环烷烃，其中，2≤n≤20，1≤m≤6。优选地，2≤n≤12，1≤m≤3。

优选地，所述含有1个氧原子的(CH₂)_nO_m单环烷烃有机物为所述含有2个氧原子的(CH₂)_nO_m单环烷烃有机物为所述含有3个氧原子的(CH₂)_nO_m单环烷烃有机物为

优选地，所述C_nH_2n-2O_m桥环烷烃醚类有机物选自含有1个氧原子的含有2个氧原子的含有3个氧原子的