[发明专利]一种聚合物电解质、其制备方法及在固态电池中的应用

说明书

本发明提出了一种聚合物电解质、其制备方法及在固态电池中的应用。所述聚合物电解质的单体包括环戊烯结构单体与活泼氢结构单体，所述聚合物的主链包含环戊烯结构与活泼氢基团，所述聚合物电解质由环戊烯结构单体、活泼氢结构单体、引发剂、交联剂、电解液原位聚合后固化得到。所述聚合物电解质具有优异的热稳定性，并可在电池固化阶段与电极生成化学一体化界面，改善界面性能。本发明采用原位聚合固化的方法制备原位固化电解质，改善了固态电池的界面相容性，降低了固态电池的制造成本，提高了固态电池的性能。

技术领域

本发明涉及固态聚合物电解质领域，具体涉及一种聚合物电解质及在固态电池中的应用。

技术背景

能量密度的提高对于开发用于各种设备的下一代可充电池至关重要。但是，高能密度电池往往容易出现热失控现象，造成安全隐患。由于液态电解质中含有大量的易燃、易泄露有机碳酸酯小分子溶剂，具有重大安全隐患，目前，使用热稳定性更高的固态电解质取代传统易燃液态电解质是提高电池安全性的较好方法。

然而，由于高能量密度电池往往采用金属锂、预锂化硅负极材料，其负极表面往往都分布有不均匀的金属锂及锂化合物，金属锂内部锂原子之间的金属键能量较低，金属锂中的锂原子更容易迁移到表面形成低维结构，例如锂枝晶。锂枝晶的生长会穿刺传统的聚合物电解质到达正极引发内短路，进一步引发热失控。

因此，需要对固态聚合物电解质进行改进，提升其耐氧化性、热稳定性与韧性，改善电解质与负极的界面性能，以解决金属锂电池预锂负极不均、电芯析锂、易发生热失控等问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种聚合物电解质、其制备方法及在固态电池中的应用。本发明的发明点之一是提供一种聚合物电解质，所述聚合物电解质为引入了环戊烯结构与活泼氢基团的聚合物电解质，所述环戊烯结构和活泼氢基团位于所述聚合物的主链上。

进一步地，所述聚合物电解质的原料包括环戊烯结构单体、活泼氢结构单体、引发剂、交联剂、电解液。

进一步地，所述环戊烯结构单体、活泼氢结构单体、交联剂、引发剂、电解液的质量比为(0.01～30):(0.01～20):(0.01～10):(0.0001～1):(40～85)。

进一步地，所述原料通过原位聚合后固化得到所述聚合物电解质。

通过原位聚合生成的所述聚合物电解质与电极一体化且无明显的界面，可使电池拥有更好的电性能。所述聚合过程是双键加成聚合，所述聚合物电解质中的环戊烯结构既可有效提高所述聚合物电解质的耐热能力，又避免了碳环含量过高影响离子电导率。

具体地，所述环戊烯结构单体包括环戊烯、二聚环戊二烯、二环戊烯基丙烯酸酯、乙二醇二环戊烯基醚丙烯酸酯、乙二醇二环戊烯基醚甲基丙烯酸酯、二环戊烯甲基丙烯酸酯中的一种或多种。

所述活泼氢结构单体包括丙烯酰胺、2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸、2-羟基乙基甲基丙烯酸酯、丙烯酸中的一种或多种。

所述交联剂为含有两个或两个以上不饱和双键的丙烯酸酯单体，优选地，所述交联剂包括乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、1,6己二醇二丙烯酸酯、N,N亚甲基双丙烯酰胺、4,4'-异亚丙基二苯酚二甲基烯丙酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯、三乙烯基环三硅氧烷、三烯丙基磷酸酯、亚磷酸三丙烯酯、四烯丙氧硅烷、乙氧基化三羟基甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、双季戊四醇五丙烯酸酯、双季戊四醇六丙烯酸酯中的一种或多种。