[发明专利]一种全固态复合电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种全固态复合电解质及其制备方法和在固态二次锂电池中的应用。全固态复合电解质包括含硫共聚物、无机填料和锂盐；含硫共聚物选自含聚硫醚段的共聚物、含聚亚砜段的共聚物、含聚砜段的共聚物中的至少一种。制备方法包括：将含硫共聚物、锂盐、无机填料与有机溶剂混合均匀得到均一的聚合物溶液，然后在模具中浇铸成膜，经真空干燥后，制备得到全固态复合电解质。本发明提供的全固态复合电解质具有较高的离子电导率、力学强度和抗氧化性能，能抑制锂枝晶的形成，同时能提高电池的循环稳定性，可应用于高电压正极材料的固态二次锂电池领域。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种全固态复合电解质及其制备方法和应用。

背景技术

近年来由于地球资源短缺和环境污染，电动汽车和大型储能设备等新型产业技术的快熟发展，对高性能、高能量密度可充电电池的需求越来越迫切。

现有的可充电电池常采用有机液体电解质，但其易泄露、易挥发、易燃烧和易腐蚀电极的性质极大地影响了电池的寿命，同时带来了严重的安全隐患。

与传统使用有机液体电解质的电池相比，固态二次锂电池由于具有高安全性、高能量密度、优异的高温性能，同时高强度和高致密性的固态电解质能够抑制锂金属枝晶的形成，克服锂金属枝晶造成的短路问题，另外，固态电解质的应用简化了电池的构造，具有非常优异的应用前景，成为了新的研究热点。

目前，固态二次锂电池中所用的固态电解质包括固态聚合物电解质和无机固体电解质。

无机固体电解质具有较高的室温离子电导率与较宽的电化学窗口，但是其可加工性能较差，难以大面积的制备，同时其与电极之间的固固界面性能较差，严重制约了无机固体电解质的实际应用。

固态聚合物电解质的成本低、安全性高、成膜性好、成型加工性能优异，可大规模工业化生产，但在已有的技术中，固态聚合物电解质的关键问题是室温离子电导率偏低，电化学窗口较窄，难以适应高电压的正极活性材料。例如，聚氧化乙烯是目前研究最热和应用前景最好的聚合物电解质基体材料之一，但聚氧化乙烯在室温下易结晶，同时醚氧键与锂离子的配位作用较强，导致锂离子的迁移率较低及其室温离子电导率较低。另一不足是其电化学稳定窗口较窄，难以与高电压正极材料匹配。从机制上看，限制其电化学稳定窗口提高的关键因素尚不明确。针对这一问题，本发明提出了一种全固态复合电解质，以克服上述应用中的不足。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提供了一种新型的全固态复合电解质及其制备方法和应用，全固态复合电解质的离子电导率、力学和抗氧化性能较高，因而在高电压正极材料的固态二次锂电池领域有大的应用前景。

具体技术方案如下：

一种全固态复合电解质，包括含硫共聚物和锂盐；

所述含硫共聚物选自含聚硫醚段的共聚物、含聚亚砜段的共聚物、含聚砜段的共聚物中的至少一种；

所述含聚硫醚段的共聚物中，与聚硫醚段以共价键相连的聚合物段选自聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚乙撑碳酸酯、聚丙撑碳酸酯、聚三亚甲基碳酸酯、聚氨酯、聚己内酯、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚偏氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸烷基酯中的至少一种；

所述含聚亚砜段的共聚物中，与聚亚砜段以共价键相连的聚合物段选自聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚乙撑碳酸酯、聚丙撑碳酸酯、聚三亚甲基碳酸酯、聚氨酯、聚己内酯、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚偏氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸烷基酯中的至少一种；

所述含聚砜段的共聚物中，与聚砜段以共价键相连的聚合物段选自聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚乙撑碳酸酯、聚丙撑碳酸酯、聚三亚甲基碳酸酯、聚氨酯、聚己内酯、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚偏氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸烷基酯中的至少一种；

所述聚甲基丙烯酸烷基酯中，烷基的碳数为1～10。