[发明专利]一种锂离子电池复合固态电解质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池复合固态电解质及其制备方法，属于锂离子电池电解质技术领域。所述制备方法包括：(1)将静电纺丝前躯体溶液与无机快离子导体混合均匀，静电纺丝制备掺杂无机快离子导体的聚合物基体，熟化后得到复合基底；(2)将锂盐溶解于溶剂中，加入硅甲氧基封端的低聚环氧乙烷，边搅拌边反应，制得聚合物溶液；(3)将步骤(1)得到的复合基底浸渍于步骤(2)得到的聚合物溶液中，再经真空干燥得到所述锂离子电池复合固态电解质。利用本发明方法制备的电解质表现出极高的锂离子电导率、宽的电化学稳定窗口、良好的机械性能以及低的界面阻抗。

技术领域

本发明涉及锂离子电池电解质技术领域，具体涉及一种锂离子电池复合固态电解质及其制备方法。

背景技术

在锂离子电池中，关键的材料部件包括正极、负极和电解质，其中电解质材料是影响电池安全稳定性的重要因素。液态电解液由于采用易泄露、易挥发、易燃烧的碳酸酯有机溶剂，在高温或极端条件下使用时，存在极大的安全隐患。

使用固态电解质替代液态电解液，可以从根本上避免此类安全问题的发生，与此同时还可以大幅度提升固态锂电池的能量密度。固态电解质又分为无机固态电解质和聚合物固态电解质2大类。

聚合物电解质是由具有离子导电性的锂盐与半晶态的聚合物基体复合形成的，固态聚合物电解质有着独特的优点包括出色的可加工性能、良好的柔性、更优的界面兼容性以及能够更好地适应电极材料充放电过程中的体积变化等。在复合聚合物电解质中最重要的聚合物基体是聚环氧乙烷(PEO)，因为它能溶解锂盐并且形成络合。在PEO-LiX体系中的离子迁移导电主要是通过聚合物分子链的松弛运动完成的，主要发生在PEO的无形相部分。由于PEO的结晶度很高，PEO-LiX体系在室温下的电导率很低，难以满足室温锂离子电池的应用。

申请号为201410683144.1的专利文献公开一种聚环氧乙烷基全固态聚合物电解质，在PEO基固体电解质中加入无机纳米颗粒和离子液体，通过两者的联合作用使聚合物电解质具有较好机械强度和离子电导率，但是室温离子电导率仍旧偏低，其室温电导率为10^-5S cm^-1。

无机固态电解质能够在宽的温度范围内保持化学稳定性，并且电化学窗口较宽，机械强度更高，室温离子电导率较高，能彻底解决因可燃性有机电解液造成的锂离子电池的安全性问题。申请号为20140710254.2的专利文献公开了一种反钙钛矿硫化物固态电解质，在20℃下离子电导率为10^-3S cm^-1，但脆性较大，柔韧性差，制备工艺复杂，成本较高。

如果能将固态聚合物电解质与无机固体电解质复合，兼顾二者的优点，将是提升固体电解质的有效途径，而如何复合是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池复合固态电解质，兼顾固态聚合物电解质与无机固体电解质的优点，改善现有电解质界面、离子电导率、安全性能等方面存在的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂离子电池复合固态电解质的制备方法，包括以下步骤：

(1)将静电纺丝前躯体溶液与无机快离子导体混合均匀，静电纺丝制备掺杂无机快离子导体的聚合物基体，熟化后得到复合基底；

(2)将锂盐溶解于溶剂中，加入硅甲氧基封端的低聚环氧乙烷，边搅拌边反应，制得聚合物溶液；

(3)将步骤(1)得到的复合基底浸渍于步骤(2)得到的聚合物溶液中，再经真空干燥得到所述锂离子电池复合固态电解质；

所述硅甲氧基封端的低聚环氧乙烷的结构式如式(Ⅰ)所示，