[发明专利]一种含硫聚合物电解质及其构成的固态锂电池及其制备

说明书

本发明涉及固态聚合物电解质，具体的说是一类主链含硫聚合物的固态电解质及其构成的固态二次锂电池及其制备和应用。固态电解质包括主链含硫的聚合物、锂盐及多孔支撑材料；其厚度为20~800μm，机械强度为10~80MPa，室温离子电导率为5×10^‑5~7×10^‑4S/cm，电化学窗口4.5~7V。本发明的聚合物固态电解质制备容易，成型简单，机械性能优良，同时具有较高的离子电导率和较宽的电化学窗口，且能够有效抑制负极锂枝晶的生长，能够提高电池的界面稳定性和长循环性能。

技术领域

本发明涉及固态电解质，具体的说是由一种包含主链含硫聚合物的固态电解质及其构成的固态二次锂电池及其制备和应用。

背景技术

近年来由于资源短缺和环境污染，电动汽车等新型产业技术迅速发展，对高性能锂离子电池的需求也越来越迫切。其中，固态锂电池由于具有高的安全性及优异的高温性能，成为人们的研究热点。锂电池中的固态电解质可分为无机固态电解质和聚合物固态电解质两种，相对无机固态电解质，聚合物电解质的电导率偏低，但是其加工成型更容易，适宜大规模工业化生产，因此具有更好的发展前景。但是以聚氧化乙烯聚合物电解质为代表的固态聚合物电解质因常温过低的离子电导率和较窄的电化学稳定窗口，局限了锂离子电池能量密度的提高，至今无法被广泛应用。此外，研究人员还开发了以聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙酸甲酯、聚偏氯乙烯等聚合物为基体的聚合物电解质体系。但是，由于聚合物骨架的单一性，导致聚合物电解质无法同时具有优异电化学性能、良好机械性能和高的安全性。US4792504描述了一种聚合物电解质，它含有聚二甲基丙烯酸二乙醇/聚环氧乙烷，但是其机械性能不高。CN1428363A描述了一种纳米孔聚合物电解质膜，具有较优良的充放电性能和循环性能，但是电解质中添加了电解液，为凝胶聚合物电解质，不能从根本上解决电解质的泄露及漏液等安全问题。Ionic Materials公司申请的US2017005356、US2017018781、 WO2016196873中描述了以聚苯硫醚和含有苯环的聚砜为基体，制备的聚合物电解质，两种电解质体系具有较高的离子电导率，但是由于聚苯硫醚和含苯环的聚砜主链中的苯环和硫醚基团相连，导致聚合物电解质具有较高的电子导电性，加大了电池短路的危险性。为了开发具有优异电化学性能的聚合物电解质，我们从聚合物骨架结构出发，将硫元素及其他极性基团同时引入到聚合物骨架中，使硫元素与烷基相连，降低聚合物的电子导电性，提高聚合物的离子导电性。此外，我们还将具有耐高电压的砜基（硫元素的氧化态）和极性单体同时引入到聚合物骨架中，以达到同时提高聚合物电解质的耐高电压特性和离子导电性的目的，这有利于拓宽聚合物电解质的电化学窗口，增加锂离子电池的能量密度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种包含主链含硫聚合物的固态电解质及其构成固态二次锂电池的制备及应用。

为实现上述目的本发明采用的技术方案为：

一种包含主链含硫聚合物的固态电解质，固态电解质包括主链含硫聚合物、锂盐、多孔支撑材料；其厚度为20～800μm，机械强度为10～80MPa，室温离子电导率为5×10^-5～7×10^-4S/cm，电化学窗口4.5～7V。

所述固态电解质还包括添加剂。

所述主链含硫聚合物具有如通式1所示的结构：

通式1

其中，a的取值是20~1000，b的取值是20~1000；

R₁为：，，或；

R₂为：，，或；