[发明专利]用于制备热固型PAN基复合固态电解质膜的原料组合物、固态电解质膜及制备与应用

说明书

本发明提供一种用于制备热固型PAN基复合固态电解质膜的原料组合物、固态电解质膜及制备与应用，其中，原料组合物包括热固型PAN基聚合物材料、锂盐及改性助剂；热固型PAN基聚合物材料与锂盐的质量比为20:1～3:1，热固型PAN基聚合物材料与改性助剂的质量比为18:1～3:1；改性助剂包括碳酸酯类改性助剂、腈类改性助剂及离子液体类改性助剂中的一种或者几种的组合。本发明还提供热固型PAN基复合固态电解质膜，其是将原料组合物预混后进行熔融挤出，再对挤出所得原型厚膜进行拉伸处理和/或薄膜定型处理后制得。本发明使用改性助剂可降低PAN基聚合物熔点，保证其在熔融过程中不热分解，同时可提升膜的锂离子电导率。

技术领域

本发明涉及一种用于制备热固型PAN基复合固态电解质膜的原料组合物、固态电解质膜及制备与应用，属于锂离子电池所用电解质材料设计和制备技术领域。

背景技术

目前大规模商业化的锂离子电池普遍采用有机碳酸酯基的液态电解液，因此存在着漏液、燃烧、爆炸等安全问题，且随着电池能量密度的不断提高，其安全性不断下降，成为制约锂离子电池发展的关键因素。而使用固态电解质的锂离子电池的安全性能良好、能量密度高、工作温度范围宽，已被公认为是最有希望商业化的下一代锂离子电池之一。

目前为止，固态电池电解质已发展出硫化物电解质、氧化物电解质、聚合物电解质及卤化物电解质等多种类型的固态电解质材料。其中，聚合物电解质具有最优的加工性能，被认为是有望最先推向产业化应用的固态电解质类型，而PAN基聚合物电解质由于其具有高的锂离子电导率而受到了人们的广泛关注和研究，其中，中国专利 CN110165291A更是公开了可媲美液态电解质的PAN基复合电解质及其制备方法，其采用喷纺等工艺构建大量的比界面积，利用表面锂离子传导机制极大提升了PAN 基聚合物电解质的离子电导率，但是喷纺工艺所需求的设备要求精度高，产率低，一致性差，连续化生产难度高，抑制了其产业化的发展，而由于热固型PAN基聚合物的热分解温度低于其熔点温度，导致传统的熔融挤出拉伸高分子成膜工艺无法顺利的应用在此类聚合物电解质的制备方法中。

因此，提供一种新型的用于制备热固型PAN基复合固态电解质膜的原料组合物、固态电解质膜及制备与应用已经成为本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述的缺点和不足，本发明的一个目的在于提供一种用于制备热固型PAN基复合固态电解质膜的原料组合物。

本发明的另一个目的还在于提供一种热固型PAN基复合固态电解质膜，其是由以上所述的用于制备热固型PAN基复合固态电解质膜的原料组合物制得。

本发明的再一个目的还在于提供以上所述热固型PAN基复合固态电解质膜的制备方法。

本发明的又一个目的还在于提供以上所述热固型PAN基复合固态电解质膜作为电化学器件所用固态电解质的应用。

本发明的最后一个目的还在于提供一种电化学器件，其含有以上所述的热固型PAN基复合固态电解质膜。

为了实现以上目的，一方面，本发明提供了一种用于制备热固型PAN基复合固态电解质膜的原料组合物，其中，所述原料组合物包括热固型PAN基聚合物材料、锂盐及改性助剂；

其中，所述热固型PAN基聚合物材料与锂盐的质量比为20:1～3:1，所述热固型PAN基聚合物材料与改性助剂的质量比为18:1～3:1；

所述改性助剂包括碳酸酯类改性助剂、腈类改性助剂及离子液体类改性助剂中的一种或几种的组合。

作为本发明以上所述原料组合物的一具体实施方式，其中，所述原料组合物还包括陶瓷材料，以所述热固型PAN基聚合物材料的总重量为100％计，所述陶瓷材料的用量为5～80wt％。

作为本发明以上所述原料组合物的一具体实施方式，其中，所述陶瓷材料的用量为10～50wt％。