[发明专利]一种锂离子导电聚合物膜及其制备和应用

说明书

本发明提供一种锂离子导电聚合物膜及其制备和应用。该锂离子导电聚合物膜为有机/无机复合电解质薄膜，按重量份计，包括无氟锂盐5～10份、有机聚合物30～50份、有机溶剂10～20份、无机固态电解质20～40份；所述无氟锂盐为双草酸硼酸锂LiBOB；所述无机固态电解质为Li₇La₃Zr₂O₁₂。本发明锂离子导电聚合物膜可用于锂电池电解质，具有固态电解质高安全性和液体电解液离子电导率高的优点。该膜制作方法操作简单、制备条件温和、易于大批量生产。

技术领域

本发明属于材料化学技术领域，具体涉及到一种新型有机/无机复合电解质薄膜及其制备方法和其在锂离子电池中的应用。

背景技术

锂电池由于其高能量密度而被广泛认为是最有前途的下一代可再充电能量存储装置。但是，由于有机电解液存在易燃、易腐蚀和热稳定性差等安全性问题，使传统锂离子电池的发展受到限制。固体电解质因其可以解决液体电解质引起的安全问题而引起越来越多的关注。

目前已经报道了基于聚合物基质、无机陶瓷等的固体电解质作为不可燃电解质来代替易燃性液态电解液，以期提高电池的安全性和可靠性。然而由于固态电解质的低室温离子电导率及电极/电解质之间的粗糙界面，全固态锂电池的实际应用仍然受到限制。而有机/无机复合固体薄膜电解质则有效兼顾了有机材料和无机材料的优点，使其具有良好的柔韧性、界面兼容性、高安全性等特点越来越受到广大研究者的关注。当前，行业制备有机/无机复合固体薄膜电解质的产品普遍处于研究和探索阶段，其界面相容性差、匹配要求高、单位面积离子电导率较低，常温下比功率差等缺点都是大规模商用道路上还需要克服的重重技术难题。

专利CN109256583A公布了一种有机无机固态电解质及其制备方法和应用。该全固态电解质主要由聚环氧乙烷、聚碳酸丙烯酯、锂盐和准一维无机快离子导体组成，有效的降低了结晶度，具有较高的离子电导率和优良的力学性能，但是该有机无机固态电解质和电极正极材料的匹配度较差，严重影响了固态电池的性能发挥。

专利CN110212160A公布了一种固态电池用离子传输层及其制备方法和固态电池。所述的离子传输层存在于正极层与有机无机复合固态电解质膜之间以及负极层与有机无机复合固态电解质膜之间。该离子传输层实现了固态电解质薄膜与正、负电极的界面的高强度结合和快离子传输。但是该工艺制备复杂，离子电导率不高，还需改进。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明目的在于提供一种锂离子导电聚合物膜及其制备和应用。该有机/无机复合薄膜电解质的制备方法操作简单、条件温和、结合了有机和无机材料的优点，并且易于大批量生产。

本发明第一方面提供了一种锂离子导电聚合物膜，所述锂离子导电聚合物膜包括：按重量份计，无氟锂盐5～10份、有机聚合物30～50份、有机溶剂10～20份、无机固态电解质20～40份；

所述无氟锂盐为双草酸硼酸锂LiBOB；

所述无机固态电解质为Li₇La₃Zr₂O₁₂，简写为LLZO；

所述有机溶剂为碳酸酯，优选为碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、碳酸二甲酯DMC、碳酸甲乙酯EMC中的一种或多种，进一步优选为EC、PC、DMC、EMC的组合物，按重量比计，EC:PC:DMC:EMC为20～30:10～20:20～30:20～30。

所述有机聚合物为聚偏二氟乙烯PVDF。

本发明第二方面提供了前述锂离子导电聚合物膜的制备方法，包括：

(1)将有机聚合物粉体与有机溶剂搅拌混合溶解得到浆料；

(2)将无机固态电解质粉体加入步骤(1)所得浆料中充分混合搅拌得到混合浆料；