[发明专利]聚己内酯基聚合物固态电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种聚己内酯基聚合物固态电解质及其制备方法和应用；本发明提供的聚己内酯基聚合物固态电解质由混合溶液通过流延法成膜；所述混合溶液包括聚己内酯、壳聚糖、双三氟甲磺酰亚胺锂和溶剂。本发明通过壳聚糖的加入降低了聚己内酯的结晶度，同时也增加了和锂离子络合的活性位点，因此聚己内酯‑壳聚糖体系和纯聚己内酯相比能够容纳更多的锂盐。本发明的聚己内酯基聚合物固态电解质具有高化学稳定性、高室温离子电导率(最高可达7.96×10supgt;‑4/supgt;S/cm)；本发明制备方法简单、易于工业化。实验结果表明，本发明提供的聚己内酯基聚合物固态电解质在锂金属电池的应用中表现出良好的循环稳定性，并且能够有效的抑制锂枝晶的产生。

技术领域

本发明属于电化学能源技术领域，具体涉及一种聚己内酯基聚合物固态电解质及其制备方法和应用。

背景技术

随着科学技术的发展，人们对于能源的需求也越来越大，传统化石能源在使用过程中也面临着诸多问题。一方面，化石能源正面临着资源枯竭的问题；另一方面，化石能源在燃烧过程中会产生有害气体和二氧化碳，危害环境的同时也带来了温室效应。

电能作为一种清洁能源，在使用过程中不会产生任何污染，在大多数场合中都有望取代传统化石能源。因此，寻找一种高效的电能存储装置，即电池，至关重要。电池的出现能够帮助我们更加高效和便捷地利用能源。伴随着绿色能源的不断发展，人类对于储能器件高能量密度的需求也在不断增长。高效、稳定的绿色能源存储和转换是未来科技可持续发展的动力。自上世纪以来铅酸电池、锌锰电池、镍镉电池以及锂离子电池等多种电池形式已经实现了商业化应用。锂离子电池的成功应用促进了便携式摄像机、手机、笔记本电脑以及电动汽车等领域的快速发展，为人们的日常生活带来了很大便利。近年来，锂离子电池相关技术发展迅速，其安全性、能量密度、使用寿命等均得到了提升。然而，锂离子电池的比容量已接近其极限(372mAh g^-1)。如此低的能量密度已远远不能满足人们对于高能量密度的需求。因此，我们迫切需要更加高效的电极材料以满足新兴的高端储能器件发展的需求。

以锂金属作为负极材料的锂金属电池，由于其具有最高的理论比容量3860 mAhg^-1和最低的电化学电位(-3.040V vs标准氢电极)，吸引了广大的研究兴趣。但锂金属电池的商业化依然充满了挑战(CHEN R,LI Q,YU X,et al. Approaching PracticallyAccessible Solid-State Batteries:Stability Issues Related to SolidElectrolytes and Interfaces[J].Chem Rev,2020,120(14):6820-77)，因为ⅰ) 锂金属与有机溶剂会发生严重的副反应，进而产生机械性能较差的固体电解质界面(SEI)，在重复的循环过程中液体电解质被不断消耗以修复SEI，导致电池的库仑效率(CE)下降和容量损失；ⅱ)锂离子在液态电解质中的迁移数较低，导致极化严重，进而使得锂离子沉积不均匀，形成锂枝晶；ⅲ)有机溶剂不耐高压、易挥发、易燃、有毒，当电池短路时会起火，对人体及生态环境都会产生极大的安全隐患。