[发明专利]酰胺基复合固态电解质的原位制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种酰胺基复合固态电解质的原位制备方法及其应用，以异氰酸酯衍生物、小分子量羟基有机单体、高分子聚环氧乙烷PEO、锂盐和表面成膜添加剂为主要原料，溶于溶剂，搅拌混合，获得均匀浆料；然后混合浆料涂覆在固态电池的正极材料表面，形成浆料膜；再将涂覆浆料膜的正极材料加热至浆料膜固化成固体膜，得到与正极材料表面紧密结合的酰胺基复合固态电解质。将所制备的酰胺基复合固态电解质膜与固态电池正极材料表面结合，组装得到二次锂离子固态电池，适用于工作电位≥4.3V vs.Li⁺/Li，工作温度不高于40℃的条件。本发明方法工艺较为简单，能从根本上解决PEO在高电压电池中的分解的问题，从而提高电池的稳定性能。

技术领域

本发明涉及二次锂离子电池领域，具体涉及一种酰胺基复合固态电解质的原位制备方法及应用。

背景技术

随着人类社会的不断发展，新兴可再生清洁能源的开发及其相关技术的突破在当今显得尤为迫切，为了满足电动交通工具、便携式电子设备、工业生产、航空航天、机器人以及储能设备等领域的应用要求，各种能量转换和存储技术得到了快速发展，在各类储能设备中，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、循环效率高、可快速充放电的优点，广泛应用于便携式电子产品、电动汽车和其他大规模储能设施。目前，商用的锂电池主要采用有机电解液作为电解质，其带来了许多安全性问题，一方面，当电池受到外界碰撞或者挤压，电解液会发生泄漏，同时电池内部也会产生大量的热，使得电池发生燃烧或者爆炸；另一方面，在长时间的循环过程中，电池负极会产生锂枝晶，进而会刺穿隔膜，导致电池内部短路，从而发生电池爆炸等安全性问题。虽然可以通过在电解液中添加阻燃剂、增加电池的机械性能以及提高隔膜的力学性能等方式，提高电池的安全性，但是并不能从根本上解决安全性问题。而采用固态电解质可以避免液体电解质带给储能器件的安全隐患，同时允许锂金属作为负极使用。在现有固态电解质中，聚环氧乙烷(PEO)基电解质被认为是最具前途的电解质体系之一，具有良好的对锂稳定性以及力学柔性，吸引着许多研究者的关注，然而其室温离子电导率、高电压稳定性以及界面相容性等方面仍不能满足现有商业生产的需求。

现有技术表明，正极表面修饰可以提高PEO基电解质在高电压正极材料表面的稳定性。如文献1：Cui等人(《A Strategy to Make High Voltage LiCoO₂ Compatible withPolyethylene Oxide Electrolyte in All-Solid-State Lithium Ion Batteries》[J].Journal of the Electrochemical Society,2017,164(14):A3454-A3461.)在LiCoO₂高电压正极材料表面包覆一层耐高压的聚腈基丙烯酸乙酯(PECA)薄膜，采用PEO作为固态电解质，其LiCoO₂/Li固态电池在80℃、0.1C倍率下首周放电容量为172.8mAh/g，在循环了70周后，容量衰减到90mAh/g；而没有包覆的LiCoO₂/Li固态电池在相同条件下首周放电容量只有144.5mAh/g，在循环了20周后，放电容量迅速衰减到20mAh/g以下，因此PEO基聚合物电解质在高电压电池中具有较差的循环性能，这是由于PEO在电压3.9V以上会产生缓慢分解，不利于电池的电化学性能。而在正极表面包覆一层耐高压薄膜，其固态循环稳定性有所提高，但是其固态电解质的室温离子电导率较低，不能在室温或者近室温下应用，并且该工艺采用先包覆、再镀膜的方法多步完成，工艺较为复杂，不利于生产应用。