[发明专利]一种基于多孔聚酰亚胺的超薄聚合物电解质膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于多孔聚酰亚胺的超薄聚合物电解质膜及其制备方法。该超薄聚合物电解质膜是由巯基封端的线性导离子聚合物与多烯烃交联剂和小分子锂盐混合，直接浇筑在多孔聚酰亚胺膜上，光照、原位烯巯点击反应聚合而成。本发明制备的超薄聚合物电解质的厚度（10‑40µm）在当前已经报道的文献中处于领先水平，并且具有一定的机械强度，可以用作锂离子电池的固态电解质膜。除此之外，该电解制膜还可以在锂负极上原位制备，原位反应组装的电池具有更低的界面阻抗和更优异的性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池和锂硫电池固态电解质领域。更具体的，涉及一种基于多孔聚酰亚胺的超薄聚合物电解质膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于其高比能量密度、高工作电压、长循环寿命、低自放电率、无记忆效应等诸多优点得到了广泛的应用，但是传统的锂离子电池使用的是有机液态电解液，这类电解液易挥发、易燃、易爆，存在着很大的安全隐患，使用有机固态电解质是解决上述问题的有效方法。

目前国内外报道的有机固态电解质主要有全固态电解质和凝胶聚合物电解质两大类，其中全固态电解质由于其室温下离子传导率比较低和界面问题，当前来说性能还有很大的提升空间；凝胶聚合物电解质是向聚合物中添加大量的小分子有机物作为增塑剂得到的一类固态电解质，由于添加了大量的增塑剂，室温离子传导率比较低的问题可以得到很好的解决，界面问题也可以在一定程度上得到缓解，但是在电池体系中还是存在有机小分子，安全问题不能得到根本上的解决。

当前针对全固态聚合物电解质的研究大多数都集中在增强离子电导率和改善界面稳定性上，电解质膜的厚度受到的关注较少。对于给定系统，随着电解质膜厚度的减少，体系的质量比能量密度和体积比能量密度都能得到提升。但是，电解质膜还起到隔膜的作用，膜的变薄将不可避免地降低其机械强度，并增加膜破裂或锂枝晶刺穿的风险，这两者均会导致电池内部短路，引发电池故障甚至安全事故。因此，与薄电解质膜的设计相关的挑战主要在于最小化厚度和维持机械强度之间的矛盾。本发明将多孔聚酰亚胺作为支撑膜用于聚醚硫醚，构建了一种复合聚合物固态电解质膜，成功将电解质膜的厚度降到了10-40μm，由于多孔聚酰亚胺可以起到结构支撑的作用，电解质膜在较低的厚度下也可以保持一定的机械强度，除此之外，多孔聚酰亚胺支撑膜还能起到辅助成膜的作用。该方法制备固态聚合物电解质膜具有简单快速，易于实现大规模制备等优点，用于锂离子电池，可以在提高电池安全性的同时提升电池的循环稳定性。

国内外关于超薄固态聚合物电解质的文献主要有：

[1]H.Liu,X.-B.Cheng,J.-Q.Huang,H.Yuan,Y.Lu,C.Yan,G.-L.Zhu,R.Xu,C.-Z.Zhao,L.-P.Hou,C.He,S.Kaskel,Q.Zhang,ACS Energy Letters2020,5,833-843.

[2]D.H.S.Tan,A.Banerjee,Z.Chen,Y.S.Meng,Nat Nanotechnol2020,15,170-180.

[3]L.Yue,J.Ma,J.Zhang,J.Zhao,S.Dong,Z.Liu,G.Cui,L.Chen,Energy StorageMaterials2016,5,139-164.

[4]Y.Xiao,Y.Wang,S.-H.Bo,J.C.Kim,L.J.Miara,G.Ceder,Nature ReviewsMaterials2019,5,105-126.

[5]X.Ji,S.Hou,P.Wang,X.He,N.Piao,J.Chen,X.Fan,C.Wang,AdvancedMaterials2020,32,2002741.

[6]Y.Zhang,W.Lu,L.Cong,J.Liu,L.Sun,A.Mauger,C.M.Julien,H.Xie,J.Liu,Journal of Power Sources2019,420,63-72.