[发明专利]聚合物电解质预聚液、聚合物电解质及电化学装置

说明书

本申请涉及聚合物电解质预聚液、聚合物电解质及电化学装置，聚合物电解质预聚液包括单体及电解液，单体通过自由基聚合形成聚合物分子链，聚合物分子交联形成三维网络结构聚合物电解质；电解液中包括有机溶剂，流动性较强，能渗透进电极孔隙中，促进聚合物电解质与电极之间的界面接触，提高聚合物电解质与电极之间界面浸润性，能够提高离子电导率，促进锂离子传输，提升电池的电化学性能。

技术领域

本发明涉及固态电解质技术领域，尤其涉及聚合物电解质预聚液、聚合物电解质及电化学装置。

背景技术

锂离子电池具有能量密度大、循环寿命高、环境污染小和无记忆效应等优点，因此被广泛应用于电动汽车及消费类电子产品中。传统的锂离子电池采用有机电解液作为电解质，但有机电解液使用过程中会出现锂枝晶生长和易燃、易爆、易挥发泄露等安全隐患。因此可以采用固态电解质来代替有机电解液，可以有效提高锂离子电池的安全性能。

商业化的负极材料一般为石墨或硅基材料，硅基材料表面常包覆碳层。负极界面容易产生固态电解质膜（SEI膜），SEI膜对电池电性能和安全性影响很大，而SEI膜的形成与生长受电解质对石墨或碳包覆层浸润性的影响很大，良好界面浸润性是产生界面良好接触的关键因素。商业化的高比容正极材料一般为镍钴锰三元金属化合物，正极表面有较多金属离子，极性较大，正极界面也容易形成固态电解质膜（CEI膜），同样地，CEI膜的形成与作用受界面接触和浸润影响较大。

由于固态电解质缺乏流动性，导致电解质与电极之间的界面浸润性不佳，电解质分子难以渗透入电极中，电解质与电极活性物质之间的界面有效接触面积减小，导致电解质离子电导率降低，影响锂离子在电池内部的传输效率。

发明内容

鉴于此，本申请提供聚合物电解质预聚液、聚合物电解质及电化学装置，能够提高聚合物电解质与电极之间的界面浸润性，能够提高离子电导率，促进锂离子传输，提升电池的电化学性能。

第一方面，本申请提供一种聚合物电解质预聚液，所述聚合物电解质预聚液包括单体及电解液，所述单体包括含共轭芳香基团的第一丙烯酸酯类单体及含极性基团的第二丙烯酸酯类单体。

在一些实施方式中，所述共轭芳香基团选自取代或未取代的C5~C20的共轭芳香基团。

在一些实施方式中，所述共轭芳香基团选自取代或未取代的苯基、萘基、苊基、茐基、吡啶基、吡咯基、菲基、蒽基、荧蒽基、芘基及联苯基中的至少一种。

在一些实施方式中，所述极性基团包括氧原子、硫原子、羰基和酯基中的至少一种。

在一些实施方式中，所述第一丙烯酸酯类单体选自式I所示的化合物，

式I；

在式I中，R₁选自取代或未取代的C5~C20的共轭芳香基团；R₂选自氢原子或甲基；n1的取值范围为0~5的自然数；a的取值范围为0~3的自然数；

所述第二丙烯酸酯类单体选自式II所示的化合物，

式II；

在式II中，R₃为所述极性基团，R₄选自氢原子或甲基；n2的取值范围为1~5的自然数，n3的取值范围为1~5的自然数，b的取值范围为0~3的自然数。

在一些实施方式中，在所述聚合物电解质预聚液中，所述第一丙烯酸酯类单体和所述第二丙烯酸酯类单体的质量比为1:9~9:1。

在一些实施方式中，所述聚合物电解质预聚液的界面接触角为C°，C的取值范围为30~60。

在一些实施方式中，所述聚合物电解质预聚液的粘度为D cP，D的取值范围为5~20。