[发明专利]固态电解质、固态锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种固态电解质、固态锂离子电池及其制备方法，所述固态电解质由摩尔比为8‑10：1‑2：2‑3：1‑2的聚环氧乙烷、双三氟甲基磺酰亚胺、支链聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅在光引发下交联而成的四元固态聚合物电解质，为适配于4V高电压正极材料的固态电解质。所述固态锂离子电池包括由封装膜封装而成的4V级弹性正极层、固态电解质层和弹性负极层，为具有4V高电压输出的弹性固态锂离子电池。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体地说，是涉及固态电解质、固态锂离子电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池(LIBs)已经成功占领了电子类产品市场，但在电动汽车(EV)领域的性能却远远不能令人满意，主要是因为LIBs在满足高能量密度需求的同时，安全问题仍然是首要问题。频发的电动汽车起火事故引起了对人们对LIBs相当大的担忧。电池安全问题是由不同的原因引发的，如过充电、滥用、电池内部或外部短路等，但这些多多少少都与锂离子电池使用易挥发、易燃和有毒的液态有机碳酸盐基电解质有关。

相对传统的液态有机碳酸盐基电解质，固态聚合物电解质具有一些明显的优势，主要表现在非挥发性、低可燃性、无电解质泄漏、易加工和机械强度高等方面。而且，固态聚合物电解质可以使用金属锂作为负极，从而表现出较高的能量密度。因此，在电动汽车中采用具有固态聚合物电解质的固态锂离子电池将能够有效解决电动汽车的安全性问题。

到目前为止，在许多固态聚合物电解质当中，聚环氧乙烷(PEO)是被研究最多的一种，而且实际生活当中上也有应用。然而，PEO的最高占据分子轨道(HOMO) 相当低，导致环氧乙烷链高压氧化稳定性差。所以，基于PEO的固态聚合物电解质基本只能限于3 V级正极材料，因此，所制备的固态锂离子电池电压低，难以组装成适用于电动汽车的高功率电池，限制了固态锂离子电池在电动汽车领域的应用。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种适配于4V高电压正极材料的固态电解质及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种固态电解质，所述固态电解质是由摩尔比为8-10：1-2：2-3：1-2的聚环氧乙烷、双三氟甲基磺酰亚胺、支链聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅在光引发下交联而成的四元固态聚合物电解质。

一种制备固态电解质的方法，所述方法包括：

将二苯甲酮溶于预干燥处理后的支链聚甲基丙烯酸甲酯中，获得质量分数为5-10%的溶液，搅拌并静置一定时间，形成二苯甲酮/支链聚甲基丙烯酸甲酯溶液；

将预干燥处理后的聚环氧乙烷、双三氟甲基磺酰亚胺粉体及二氧化硅粉体混合均匀，形成初级混合物，将所述二苯甲酮/支链聚甲基丙烯酸甲酯溶液加入至所述初级混合物中，形成糊状混合物；所述糊状混合物中，聚环氧乙烷、双三氟甲基磺酰亚胺、支链聚甲基丙烯酸甲酯、二氧化硅的摩尔比为8-10：1-2：2-3：1-2；

将所述糊状混合物真空密封，在90-120℃下静置一定时间，获得具有凝胶态聚环氧乙烷的混合物；

将所述具有凝胶态聚环氧乙烷的混合物夹于两层聚脂薄膜之间，在90-120℃下热压，获得电解质膜；

用紫外灯照射所述电解质膜，聚环氧乙烷、双三氟甲基磺酰亚胺、支链聚甲基丙烯酸甲酯、及二氧化硅在光引发下交联，形成四元固态聚合物电解质；所述紫外灯的辐射功率为320-380W，光照时间为1-5min 。

本发明的目的之二是提供一种具有4V高电压输出的弹性固态锂离子电池及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种固态锂离子电池，包括由封装膜封装而成的4V级弹性正极层、固态电解质层和弹性负极层；