[发明专利]一种聚合物复合固体电解质及其制备方法、应用

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种聚合物复合固体电解质及其制备方法、应用，所述聚合物复合固体电解质由二缩水甘油醚A和二缩水甘油醚B与环氧基聚合物形成双交联结构，所述双交联结构内填充有离子液体、丁二腈和锂盐。本发明基于双连续交联处理提升聚合物固体电解质的机械性能，将离子液体和丁二腈引入到交联体系中，利用离子液体对自由离子具有较高的离解倾向，利用丁二腈抑制环氧基聚合物结晶，提高锂盐的溶解度，协同提升聚合物固体电解质的离子电导率。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种聚合物复合固体电解质及其制备方法、应用。

背景技术

随着电子设备使用量的不断增加，人们对储能设备的兴趣也越来越大，如锂离子电池和超级电容器。目前对新兴电动汽车、5G通信技术和智能电网的需求迅速增长，促使锂离子电池这一主要的储能技术在功率和能量密度方面达到极限，并提出了开发下一代高能电池的挑战，如锂金属固体电池。锂金属负极与传统液体电解质界面的副反应以及锂枝晶的劣化演化，在锂金属侧(固体电解质界面)会产生一个大的电阻层，因此大大降低了锂金属二次电池的循环寿命和安全性。

为了应对这些问题，准固态或全固态电解质可以作为传统液体电解质的替代品。固体电解质可以从根本上解决液体电解质的问题，固体电解质可分为无机电解质和聚合物电解质两大类，一般来说，无机电解质是由多组分无机材料和锂盐的混合物制成的，但是制备条件苛刻成本高，使得大规模生产非常困难，且在室温下表现出较低的离子电导率和与电极不稳定的界面。因此基于聚合物膜的固体电解质由于其优良的安全性、相容性和可加工性，被认为是固体电解质的理想选择。

聚合物电解质一般是通过金属离子与基体配体之间的配位作用，将低晶格能的离子型金属盐溶解在聚合物基体中制备的。与传统的液体电解质相比，聚合物电解质膜的主要缺点是离子电导率低，开发具有高离子电导率和机械强度的固体聚合物电解质膜仍然存在相当大的技术挑战。

中国专利文献上公开了“固体电解质和其制造方法”，其申请公布号为CN112292780A，该发明通过将氮化硼添加到含有聚硅氧烷的固体电解质中，改善了电解质的离子电导率。但是氮化硼颗粒存在容易团聚，与聚合物电解质的界面相容性低的缺点。

中国专利文献上公开了“一种复合固体电解质及其制备方法和在固态二次电池中的应用”，其申请公布号为CN 112234249A，该发明所用复合固体电解质由无机固体电解质颗粒与形成于其表面的聚合物电解质包覆层构成。但是，该专利将聚合物固体电解质涂覆在无机固体电解质表面，得到的复合固体电解质可加工性差，与电极之间的相容性较低，存在一定的技术局限性。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术中存在的问题，提供了一种基于双连续交联的聚合物复合固体电解质。

本发明还提供了一种聚合物复合固体电解质的制备方法，该方法操作简单，对设备无特殊要求，易于产业化。

本发明还提供了一种聚合物复合固体电解质在制备复合正极片的应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种聚合物复合固体电解质，所述聚合物复合固体电解质由二缩水甘油醚A和二缩水甘油醚B与环氧基聚合物形成双交联结构，所述双交联结构内填充有离子液体、丁二腈(SN)和锂盐。

本发明的聚合物复合固体电解质基于二缩水甘油醚A和二缩水甘油醚B与环氧基聚合物形成双交联结构，该双交联结构显著提高了聚合物复合电解质的机械强度，离子液体的离子尺寸较大，对自由离子具有较高的离解倾向，可以提升聚合物固体电解质的离子电导率，并且与环氧基聚合物和丁二腈皆具有优异的界面相容性，丁二腈在基体中均匀分布并包裹在结构中。丁二腈SN是一种固态有机材料，锂离子易于移动从而产生跳跃传导，加入丁二腈SN可以抑制环氧基聚合物结晶，提高锂盐的溶解度，有利于改善固态电解质的离子电导率，在高强度双连续交联PEO基聚合物固体电解质中构筑了均匀、快速的离子传输通道。