[发明专利]一种适用于高电压正极材料的聚合物电解质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种适用于高电压正极材料的聚合物电解质及其制备方法。

背景技术

锂离子二次电池以工作电压高、能量密度大、循环寿命优越、无记忆效应、可快速充放电与低环境污染等诸多优势在日常生活中广泛应用，成为便携式电子设备能源的首选对象。然而传统的液态锂离子电池由于使用大量有机溶剂电解质，有着易燃、易爆、易泄露等缺点，具有较大的安全隐患。

相比于传统的液态锂离子电池，基于聚合物电解质的全固态锂离子电池在工作温度范围、循环效率、安全性能等方面都有卓越的提升。而基于聚环氧乙烯(PEO)类的全固态聚合物电解质作为研究最早和研究最为广泛的全固态聚合物电解质，它具有粘弹性好、操作简便、电化学稳定性佳、抑制锂枝晶效果好、锂离子迁移数良好、质量轻等优点，为锂金属作为电池负极材料的应用提供了较大保障。

然而大部分基于PEO类的全固态聚合物电解质所采用的正极材料只能是电化学窗口相对较窄的磷酸铁锂，只能在2.8～3.8V的电压范围内充放电，在更高电压下会氧化不稳定，这大大限制了该类材料的应用和电池能量密度。

因此急需开发一种电化学稳定性更好，抗氧化性更强，兼具良好电导率的高分子材料，普遍适用于高充放电平台的诸如钴酸锂、三元等在内的正极材料，从而拓宽正极材料的选择范围，实现高能量密度全固态锂电池的大规模应用。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种电化学稳定性好的适用于高电压正极材料的聚合物电解质及其制备方法。

本发明提供了一种聚合物电解质，由以下原料形成；所述原料包括聚氧乙烯类化合物、多环氧基团类材料与碱金属盐；所述聚氧乙烯类化合物包含氨基和/或羧基。

优选的，所述聚氧乙烯类化合物选自聚氧乙烯二胺、聚氧乙烯二羧酸、聚氧乙烯羧酸、聚氧乙烯胺与胺基聚氧乙烯羧酸中的一种或多种。

优选的，所述多环氧基团类材料选自三缩水甘油基异氰脲酸酯和/或八缩水甘油丙基硅氧烷；所述碱金属盐选自LiN(SO₂CF₃)₂、LiN(SO₂F)₂、LiClO₄、LiSO₂CF₃与LiB(C₂O₄)₂中的一种或多种。

优选的，所述聚氧乙烯类化合物中的重复单元与碱金属盐中金属离子的摩尔比为(2～60)：1。

优选的，所述聚氧乙烯类化合物与多环氧基团类材料的摩尔比为(100～1)：(1～100)。

本发明还提供了一种聚合物电解质的制备方法，包括：

将聚氧乙烯类化合物、多环氧基团类材料、碱金属盐与有机溶剂混合加热，得到前驱体溶液；所述聚氧乙烯类化合物包含氨基和/或羧基；

将所述前驱体溶液除去有机溶剂后，得到聚合物电解质。

优选的，所述有机溶剂选自乙腈、四氢呋喃、乙二醇二甲醚与N-甲基甲酰胺中的一种或多种；所述混合加热的温度为30℃～150℃；所述混合加热的时间为30min～24h。

本发明还提供了一种改性正极，包括正极材料与设置在正极材料表面的涂层；所述涂层由上述聚合物电解质形成。

优选的，所述涂层的厚度为50nm～20μm。

本发明还提供了一种锂离子电池，包括上述聚合物电解质。

本发明提供了一种聚合物电解质，由以下原料形成；所述原料包括聚氧乙烯类化合物、多环氧基团类材料与碱金属盐；所述聚氧乙烯类化合物包含氨基和/或羧基。与现有技术相比，本发明提供的聚合物电解质由聚氧乙烯类化合物、多环氧基团类材料与碱金属盐形成，聚氧乙烯类化合物含有活性基团，其与多环氧基团类材料发生反应，使聚合物电解质具有高抗氧化性，能够在更宽的电化学窗口下运行，可将更多正极材料引入聚合物全固态锂离子电池体系，并且在增加电池安全性、拓宽电化学窗口的同时，提高了电池能量密度和稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例1中反应原理图；

图2为本发明实施例1中的原料与NPEG-TGIC电解质薄膜的红外光谱图；

图3为本发明实施例1中得到的NPEG-TGIC电解质阿伦尼乌斯图；

图4为本发明实施例1中得到的NPEG-TGIC电解质的电化学窗口图；

图5为本发明实施例1中得到的电池的循环性能图；

图6为本发明实施例2中得到的电池的充放电曲线图；