[发明专利]一种室温高锂离子电导率的聚合物固态电解质

说明书

本发明公开了一种室温高锂离子电导率的聚合物固态电解质，该聚合物固态电解质是通过向深共晶电解液中加入负极保护添加剂、聚合物单体、交联剂和光引发剂后采用紫外光聚合制得；所述深共晶电解液由N‑甲基乙酰胺和锂盐制得；所述聚合物单体为难溶于电解液的单体和易溶于电解液的单体。本发明提供的用于全固态电池的聚合物电解质，电导率高、制备方法简单、柔韧性好且易于加工，解决了聚合物固态电解质室温离子电导率低的问题，同时对锂金属负极具有良好的稳定性，可以应用在高能量密度高安全性的锂金属电池中。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种室温高锂离子电导率的聚合物固态电解质。

背景技术

目前，以锂离子电池为代表的二次电池已广泛应用于消费电子、电动汽车、规模储能等领域，然而商用有机碳酸酯电解液存在易挥发、高可燃等安全隐患，使得电池安全性无法得到保障。因此，固态电解质成为解决上述挑战的可靠方案，其中聚合物固态电解质具有灵活、易于加工、不易燃烧等优点，极大幅度上提高了电池的安全性能。然而，由聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯等聚合物和锂盐组成的固体聚合物电解质室温离子电导率普遍小于10^-5Scm^-1，仅在高温下能正常工作，不利于聚合物电解质的实际应用。

为提高聚合物固态电解质的室温锂离子电导率，通常需要混入锂离子导体型无机纳米颗粒降低聚合物结晶度并提供额外的锂离子传输路径，但过量的无机填料在聚合物中容易发生团聚，进而影响锂离子传输通道，往往需要引入大量有机溶剂使其均匀分散，而溶剂在后续干燥过程中难以完全除净，将导致电池循环过程中界面阻抗增大、循环寿命降低、安全性变差等一系列问题。除引入无机填料外，引入高介电常数的增塑剂也可以促进锂盐的解离，然而增塑剂的引入不仅影响聚合物电解质的热稳定性，同时会降低聚合物电解质膜的机械强度，依旧存在安全隐患。当下，聚合物固态电解质锂离子电导率低、机械强度低以及电化学窗口较窄等问题仍是制约聚合物基全固态电池发展的巨大挑战。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种室温高锂离子电导率的聚合物固态电解质及其制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种聚合物固态电解质，通过向深共晶电解液中加入负极保护添加剂、聚合物单体、交联剂及光引发剂后采用紫外光聚合制得；

所述深共晶电解液由N-甲基乙酰胺、锂盐和负极保护添加剂制得；

所述聚合物单体为难溶于电解液的单体和易溶于电解液的单体。

进一步地，所述深共晶电解液中，锂盐为双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂或硝酸锂中的至少一种，N-甲基乙酰胺与锂盐的摩尔比为4:1，所述负极保护添加剂为氟代碳酸乙烯酯、二草酸硼酸锂或二氟草酸硼酸锂中的至少一种，添加量为1～5wt％。

在本发明的一个实施例中，锂盐为双氟磺酰亚胺锂，负极保护添加剂为氟代碳酸丙烯酯，添加量为5wt％。

进一步地，难溶于电解液的单体为丙烯酰胺，易溶于电解液的单体为N，N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酸二羟乙酯或甲基丙烯酸羟乙酯中的至少一种，聚合物单体在深共晶电解液中的总浓度范围为1.5-6mol/L，难溶单体与易溶单体的摩尔比为1～5：1。

在本发明的一个实施例中，易溶于电解液的单体为N，N-二甲基丙烯酰胺，聚合物单体在深共晶电解液中的总浓度为3mol/L，难溶单体与易溶单体的摩尔比为4:1。

进一步地，所述交联剂为N，N’-亚甲基双丙烯酰胺，其用量为0.1mol％(相较于聚合物单体总浓度)。

进一步地，所述光引发剂为光引发剂2959，其用量为0.05mol％(相较于聚合物单体总浓度)。

上述聚合物固态电解质的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，取N-甲基乙酰胺和锂盐混合，得到深共晶电解液；