[发明专利]一种不燃型固态聚合物电解质及其在固态二次电池中的应用

说明书

本发明公开了一种不燃型固态聚合物电解质，其特征在于，包括聚磷酸酯聚合物与金属盐化合物，其中金属盐化合物占整个固态聚合物电解质的质量百分数为10‑90％。本发明的固态聚合物电解质含磷量高、而且具有甲基膦结构、阻燃性能优异、完全不燃烧、机械性能优良、离子电导率高、电化学窗口较宽和电极界面稳定性能好，特别适用于高安全高能量密度储能电池，在军事、航空航天、电动汽车和大规模储能电站等领域具有非常广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及固态聚合物电解质，具体地指一种不燃型固态聚合物电解质及其在固态二次电池中的应用。

背景技术

现有电化学储能电池如锂离子电池的电解质，主要包含液态有机碳酸酯溶剂、锂盐和聚烯烃隔膜。使用大量的有机电解液易泄露挥发，并容易起火燃烧，甚至造成爆炸事故，影响了电池的安全性能。另一方面，聚烯烃隔膜热稳定性比较差，当电池在受热或极端情况下，会发生隔膜收缩或融化而导致电池短路，从而发生着火爆炸事故。用固体电解质替代有机液体电解液的全固态锂电池，有望彻底解决电池的安全性问题，满足未来大容量电化学储能技术发展的需求。按固体电解质区类型分主要包括两大类：一类是以有机聚合物电解质组成的聚合物全固态锂电池；另一类是以无机固体电解质组成的无机全固态电池。

传统的聚氧化乙烯(PEO)/锂盐型电解质在全固态锂聚合物电池中已有应用，但从实用化角度来看仍然有些问题需要解决：线形和接枝聚合物机械性能较差，不易制得独立支撑的聚合物薄膜，而网状聚合物电导率又太小。因此这类电解质体系只适合在高温或微电流条件下工作，而难于在常温下工作的锂电池中得到实际应用。聚碳酸酯是以气体二氧化碳为原料所合成的一种完全可降解的环保型聚合物。因其具有光降解和生物降解性，同时还具有优良的阻隔氧气和水的性能，可用作可生物降解的工程塑料，如一次性医药和食品包装材料、胶黏剂以及复合材料等。与聚氧化乙烯相比，聚碳酸酯材料价格便宜，与锂盐具有良好的相容性，聚玻璃态转化温度在10～39.5℃之间，属于无定形结构，链段更容易运动。所以聚碳酸酯/锂盐型电解质室温下具有更高的离子电导率和高的锂离子迁移系数。

但是，聚合物固态电解质中常用的高分子材料如聚氧化乙烯和聚碳酸酯等聚合物电解质在火焰中是可以燃烧的，因而无法确保其制作的固态电池在极端不大发生燃烧爆炸事故。有人曾研究聚磷腈固态电解质，但是由于合成复杂，价格昂贵等原因也没有推广应用。

因此，需要开发出一种阻燃效果好、电导率高、机械性能优良的固态聚合物电解质。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种阻燃效果好、电导率高、机械性能优良的固态聚合物电解质。

本发明的技术方案为：一种不燃型固态聚合物电解质，其特征在于，包括聚膦酸酯聚合物与金属盐化合物，其中金属盐化合物质量百分数为10-90％，金属盐化合物、聚膦酸酯聚合物质量百分数之和为100％；所述金属盐化合物为锂盐化合物或钠盐化合物；

所述聚膦酸酯聚合物由甲基二氯氧膦与二元醇和/或三元醇和/或四元醇在体系中Cl/OH的摩尔比为1:1-1.2时聚合所得。

聚膦酸酯聚合物结构单元为：

优选的，其中聚膦酸酯聚合物为以下Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ或Ⅴ结构：

其中，R₁和R₂为如下结构中的一种且R₁≠R₂：