[发明专利]一种复合聚合物固态电解质材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于固态电解质材料的技术领域，公开了一种复合聚合物固态电解质材料及其制备方法和应用。所述复合聚合物固态电解质材料，由以下成分制备而成：聚合物电解质，锂盐，填料以及有机溶剂；所述填料为锂合金，锂合金的通式为Li_xM，其中M为金属或非金属元素，x≥1，锂合金为Li_xM中一种以上。本发明还公开了复合聚合物固态电解质材料的制备方法。本发明的复合聚合物电解质离子电导率比纯聚合物电解质高出约1个数量级；固态电解质具有优异的循环稳定性，能够取代现有锂电池中的隔膜与电解液。本发明的复合聚合物固态电解质应用于离子导体或锂离子电池领域。

技术领域

本发明属于固态电解质材料的技术领域，具体涉及一种复合聚合物固态电解质材料及其制备方法和应用。

背景技术

已商业化的锂离子电池难以满足动力电池、规模储能对高能量密度、高安全性与长寿命的要求。传统的液态电解质在使用过程中易燃且易于泄露，且在电池工作温度之外稳定性不足。固态电解质具有较高的力学性能，不会泄露，同时在高温下仍具有较好的稳定性，因此，使用固态电解质替代传统的液态电解质，是发展高安全性高能量密度锂电池的关键。

对聚合物电解质而言，其柔软而易弯折的特性使得电极与电解质界面能够保证良好的接触；同时，相比于无机固态电解质，这一特性使聚合物电解质表现出更为优异的可加工性，这对聚合物电解质的工业化生产十分有利。然而，单一组分的固态电解质难以同时满足高离子电导率，低界面阻抗，高稳定性，易大规模制备等一个或多个条件。例如，最早发现并被广泛研究的聚合物电解质聚氧化乙烯，就受限于其半结晶的特性。在半结晶的聚氧化乙烯中，离子流动只发生在其基体的非晶区，这导致其室温的离子电导率仅为10^-6～10^-8S·cm^-1，远满足不了实际应用。因此，复合电解质被认为是实现固态电解质应用的折中解决方案，用以实现电解质组分间的优势互补，提升复合电解质的电化学表现。研究表明，在以无机物为填料的复合聚合物电解质中，无机填料与聚合物之间的界面锂离子的传输高速通道对复合聚合物电解质离子电导率的提升至关重要，因此，设计出具有锂离子高速传递的界面是解决聚合物基体离子电导率低的有效途径。

现有的关于复合聚合物固态电解质中用于复合的填料主要有纳米陶瓷填料，如已公开的专利申请CN 105655635A，专利CN 102709597A；离子液体，如已公开的专利CN104538670A；有机微纳米多孔颗粒，如CN 106654363A，等等。以上这些填料的添加对聚合物电解质离子电导率的提升可以总结为降低聚合物的结晶度，同时填料与聚合物基体相互作用形成锂离子传输的通道。

然而，目前已公开的填料所制备的复合电解质，填料与聚合物电解质之间的界面相互作用弱，使得锂离子在这些界面传输通道的传递速率较低，因此这些填料对聚合物基体离子电导率的提升作用有限。另一方面，现有的复合聚合物电解质材料对填料的复合缺乏对微观结构的调控以及离子快速传递通道的设计。这些因素均导致目前所制备的复合聚合物电解质材料在实际应用上表现不理想。

发明内容

基于现有聚合物电解质的问题，本发明在于提出一种复合聚合物固态电解质材料及其制备方法。本发明的复合聚合物固态电解质材料在较大温度范围内具有较好的离子电导率。

本发明的另一个目的在于提供上述复合聚合物固态电解质材料的应用。所述复合聚合物固态电解质材料在锂电池中应用，用作锂电池的固态电解质。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种复合聚合物固态电解质材料，由以下成分制备而成：

聚合物电解质，锂盐，填料以及有机溶剂；所述填料为锂合金；所述锂盐为锂离子电池所用的锂盐。

所述锂盐优选为高氯酸锂、六氟磷酸锂或双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种以上；