[发明专利]一种PEO基复合固态电解质及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种PEO基复合固态电解质及其制备方法。所述PEO基复合固态电解质包括以下组分：无机固态电解质、聚合物固态电解质、锂盐；所述聚合物固态电解质至少包括聚合物PEO和HPMA，还可以包括小分子量的PPC、PMMA中的一种或者两种。与现有技术相比，本发明提供的PEO基复合固态电解质力学性能好、电导率高、成膜性优良，与极片接触良好，解决了现有的PEO基固态电解质电导率低的问题，具有良好的应用前景。本发明另提供所述PEO基复合固态电解质的制备方法。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种PEO基复合固态电解质及其制备方法。

背景技术

传统锂离子电池所使用的有机电解液存在泄露、易燃易爆等安全隐患。虽然通过添加阻燃剂、采用耐高温陶瓷隔膜、正负极材料表面修饰、优化电池结构设计、优化BMS、在电芯外表面涂覆相变阻燃材料、改善冷却系统等措施能在相当程度上提高现有锂离子电池的安全性，但这些措施无法从根本上保证大容量电池系统的安全性。而使用固态电解质来代替传统的有机液态电解质有望从根本上解决锂离子电池安全性问题。因此固态电池备受关注。

固态电解质按化学组成主要包括无机固态电解质和聚合物固态电解质。但是无机固态电解质不易制备，界面接触性差，机械性能差，对水和氧敏感等制约着无机固态电解质的应用。聚合物PEO(聚环氧乙烷)电解质是目前较为成熟的有机聚合物电解质材料，PEO溶剂化锂盐的能力强、成膜性好、对金属Li稳定，其存在的问题依然是室温离子电导率过低(＜10^-5S/cm)，同时电化学窗口不高(3.8Vvs.Li⁺/Li)。为了提高PEO基聚合物电解质综合性能，在聚合物基体中添加无机陶瓷固态电解质粉末，在提高其室温离子电导率的同时增强了聚合物基体的机械性能，并且有效的解决了无机陶瓷固态电解质的界面问题，制备出一种刚柔并济兼具有机、无机固态电解质优点的复合电解质。但是即使加入无机陶瓷固态电解质纳米粉末，PEO基聚合物电解质室温电导率依然不高(10^-5S/cm)，只有在60℃下，才拥有10^-4S/cm的离子电导率。因此如何提高PEO基聚合物电解质的离子电导率是在实用性方面急需解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种具有较高的离子电导率的PEO基复合固态电解质。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种PEO基复合固态电解质，包括以下组分：无机固态电解质、聚合物固态电解质、锂盐；所述聚合物固态电解质至少包括聚合物PEO(聚环氧乙烷)、HPMA(聚马来酸酐)。

作为优选，所述无机固态电解质为Al-LLZO、Ga-LLZO、Ta-LLZO、Nb-LLZO中的一种或者两种以上。

作为优选，所述锂盐为LiClO₄和LiTFSI的一种或者两种的混合物。

进一步地，所述聚合物固态电解质还包括小分子量的PPC(聚碳酸亚丙酯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)中的一种或者两种。

本发明引入HPMA作为一种交联剂，进一步提升其锂离子电导率。此外，引入低分子量的聚合物PPC、PMMA的一种或者两种，可提高聚合物固态电解质的无定形程度和粘弹性，既利于聚合物链段的运动又能改善电极/电解质的界面接触。

作为优选，所述无机固态电解质的平均粒径为300nm-1μm。

进一步地，所述PEO基复合固态电解质中，无机固态电解质的重量百分比为5-15％，锂盐的重量百分比为30-40％，聚合物固态电解质的重量百分比45-65％。

进一步地，所述聚合物固态电解质中，PEO的重量百分比为40-90％，HPMA的重量百分比为10-20％，其余为PPC和/或PMMA。