[发明专利]耐高电压的固态锂电池聚合物电解质及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种耐高电压的烷基硅烷基聚合物电解质、制备方法及其在锂电池中的应用。该电解质包括烷基硅烷基聚合物、锂盐、多孔支撑材料以及添加剂。实验表明所述的烷基硅烷基聚合物电解质材料成膜性好，机械强度为0.5 MPa‑300 MPa；其电化学窗口大于4.3 V，与高电压正极材料具有很好的相容性；室温离子电导率为1×10^‑5 S×cm^‑1‑10^‑3 S×cm^‑1，其组装的电池具有优异的长循环性能。本发明涉及的烷基硅烷基聚合物可以作为耐高电压的电解质材料。本发明也提供了上述聚合物电解质的制备方法及其组装的全固态锂电池的电化学性能。

技术领域

本发明涉及固态聚合物电解质，具体的说是一种耐高电压的烷基硅烷基锂电池聚合物电解质，制备方法及其在全固态锂电池中的应用。

背景技术

锂电池由于能量密度高，成本低，循环寿命长等优点，一直是科研工作者和企业家们的关注焦点。目前，锂电池已经广泛应用在人们的日常生活中，如移动设备、笔记本电脑、电动及混合动力汽车、智能电网等的供电电源。

同时，锂电池的发展也面临巨大的挑战：一是，目前商业化锂电池安全性不足。众所周知，商业化的锂电池使用的电解质主要有两种：一种是液态电解液，另一种是凝胶电解质。上述两种电解质拥有较高的离子电导率，能够有效地浸润电极，并能够在电极表面形成稳定的固态电解质膜。然而，液态电解液与凝胶电解质都含有大量易燃、易挥发的有机溶剂，使锂电池存在一定的安全隐患，当电池不规范使用或者电池内部发生短路时，热量聚集会引起电解液的挥发，在正极材料释放氧气的作用下发生燃烧，进而引起整个电池的燃烧，甚至爆炸。因为固态电解质不含有机溶剂，能够极大地提高锂电池的安全性能，成为解决锂电池安全性的有效途径之一。并且，聚合物固态电解质在玻璃化转变温度以上具有较高的电导率，且具有良好的柔韧性及拉伸剪切性能，易于制备成柔性可弯折电池，具备大规模工业化应用的可能；二是，人们对锂电池的比容量提出了更高的要求。目前文献报道的大部分聚氧化乙烯基聚合物锂电池的工作电压主要在4.0 V以下，这是因为采用的聚氧化乙烯在高电压下会发生氧化分解，故电池只能在较低电压下运行，导致锂电池比容量较低。因此，发展具有耐高电压的聚合物电解质是提高全固态聚合物锂电池比容量的重要措施之一。同时，文献报道的全固态聚合物电解质也存在室温离子电导率低，成膜性不足以及机械强度不高等问题，影响了其商业化应用。

例如，CN201410683144.1发明公开了一种聚环氧乙烷基固态聚合物电解质。然而，该电解质具有较低的室温离子电导率，较窄的电化学窗口，以及欠佳的机械性能；CN103840198A发明公开了一种由聚合物，离子液体，锂盐等组成的全固态锂电池聚合物电解质及其制备方法。该聚合物电解质解决了电解液泄漏以及电极材料易受腐蚀等问题，同时具有电化学窗口宽和与负极材料相容性好的优点。然而，该聚合物电解质成膜性和机械性能不佳，需要额外成膜添加剂，限制了其商业化应用；CN105826603A发明提供了一种聚碳酸亚乙烯酯基锂电池聚合物电解质及其制备和应用。该固态聚合物电解质制备采用原位聚合的方法，降低了生产成本，同时具有较高的室温离子电导率和较宽的电化学窗口。基于该电解质的钴酸锂/锂片全电池展现了优异的倍率性能和长循环性能。然而，该电解质成膜性和机械性能略有不足。

综上，虽然全固态聚合物电解质具有优越的自身优势和巨大的应用前景，但是目前报道的全固态聚合物电解质大多难以兼具耐高电压，离子电导率高，成膜性好以及机械强度高的要求，难以商业化应用。因此，开发具有耐高电压性能，成膜性好和机械强度高的固态聚合物电解质具有重要的应用前景和市场需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高电压的烷基硅烷基锂电池聚合物电解质，制备方法及其在全固态锂电池中的应用。

为实现上述目的本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种耐高电压的烷基硅烷基锂电池聚合物电解质，烷基硅烷基锂电池聚合物电解质包括烷基硅烷基聚合物、锂盐、多孔支撑材料以及添加剂。