[发明专利]一种含磺酸或磷酸衍生物结构的固态聚合物电解质及其在二次锂电池中的应用

说明书

本发明涉及固态聚合物电解质，具体的说是一种含磺酸或磷酸衍生物结构的固态聚合物电解质及其在二次锂电池中的应用。该固态电解质中的聚合物含有磺酸或磷酸衍生物结构单元，可以阻燃，降低电池热失控风险，同时具有较宽的电化学窗口，可以应用于高电压锂电池。本发明也提供了上述聚合物电解质在二次锂电池中的应用实例。

技术领域

本发明涉及二次锂电池领域，具体的说是一种含磺酸或磷酸衍生物结构的固态聚合物电解质及其在二次锂电池中的应用。

背景技术

锂离子电池由于能量密度高，安全性好等优点，在移动设备、电动汽车、智能电网等领域取得了巨大发展。同时，消费市场对高能量密度锂电池的需求日益迫切，极大推动了该领域的研究和开发。然而，近期特斯拉Model S汽车（电池组以三元材料为正极活性材料）发生的几起严重的电池燃烧事故为锂电池商业化应用敲响了警钟。研究发现，易燃易挥发的有机电解液对电池的热失控负有重要责任（Energy Storage Materials 2018, 10,246–267）。

为了避免电池热失控风险，科学家们在高安全和高能量密度锂电池的电解质开发方面进行了一些尝试。例如在阻燃电解液方面，中国科学技术大学的陈春华教授开发了一种非燃电解质体系—高浓LiFSI的磷酸三甲酯溶液（5 M）（Chem. Commun. 2018, 54,4453-4456）。该浓盐电解质体系不仅与石墨负极兼容性好且不腐蚀铝集流体，还能够抑制锂金属电池锂枝晶的生长。组装的graphite|5 M LiFSI/TMP|LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂全电池循环100圈后的放电比容量仍可达117.5 mA h/g，容量保持率为 99%。然而，这类阻燃电解液的使用，一定程度上会降低锂电池的电化学性能。另外，固态聚合物电解质因其较高的安全性而受到科学家们广泛的关注。例如：中国科学院青岛生物能源与过程研究所崔光磊研究员将碳酸亚乙烯酯在偶氮二异丁腈引发下原位聚合制备固态聚合物电解质，组装的LiCoO₂|Li扣式电池不仅展现了优越的倍率性能和稳定的循环性能（Adv. Sci. 2017, 4,1600377），还表现出极好的安全性。然而，固态聚合物电解质的研究虽取得了一定的进展，但是目前的性能仍然无法满足商业化应用的要求。开发新的高安全性和高能量密度型固态聚合物电解质对锂电池的商业化应用具有重要意义。

综上，高安全性和高能量密度锂电池的开发已成为科学界研究的热点之一。文献报道可知，易燃易挥发的商业化有机电解液是电池热失控的重要诱因之一。虽然科学家们在固态聚合物电解质研究方面进行了很多有益探索，但是目前的性能仍然无法满足应用需求。鉴于人们对高安全性和高能量密度锂电池的迫切需求，新型高安全性和高能量密度型固态聚合物电解质亟待进一步开拓和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含磺酸或磷酸衍生物结构的固态聚合物电解质及其在二次锂电池中的应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种含磺酸或磷酸衍生物结构的固态聚合物电解质，所述固态聚合物电解质中的聚合物结构中含有磺酸或磷酸衍生物结构单元。

所述固态聚合物电解质为全固态聚合物电解质或凝胶聚合物电解质。

所述聚合物为通式1中的一种或多种，

或或或

通式1