[发明专利]一种固体电解质及其制备方法和用途

说明书

技术领域：

本发明涉及到一种新型固体电解质及其制备方法和用途，该电解质具有离子传导率高、机械加工性能好、安全、无泄漏的优点。在锂离子二次电池，电致变色器件和传感器等方面可望取代传统的液体电解质，具有广泛的应用前景。

背景技术：

固体电解质是离子导电性固体的总称，它具有使用安全、无泄漏、无污染、自放电少和寿命长等优点。在能源问题日益严重的今天，它越来越引起了人们广泛的兴趣。研究发现复合无机电解质有较高的离子传导率，如AlCL₃-LiClO₄复合体系的室温离子传导率达10^-2.3S/cm。研究还表明，无机盐的复合可以破坏单一无机盐的晶型结构，降低无机盐电解质的熔点，使得无机阳离子更容易可以摆脱阴离子的束缚而自由的运动[见C.A.Angell，nature，362，137-139(1993)]。但是其机械加工性能差，成膜性差，从而大大限制了其在实际中的应用。

有机高分子固体电解质是近十几年来才发展起来的一种新型固体电解质。这类高分子是以聚醚类高分子材料为基质，碱金属离子为载体离子。它除了具有一般固体电解质的性能外，还具有显著的特点：可塑性强。这一特点带来了两大好处：易加工成膜，电池内阻减少；与电极的接触好，以增大充放电的电流。然而，聚合物固体电解质也存在着致命的缺点：离子传导率低于实际应用的水平，其主要原因是随着聚合物电解质中的无机盐含量增加，解离的无机离子发生了积聚，使得有效载流子数下降，离子传导率大大降低[见美国专利4882243]。目前报道的最高室温离子传导率也仅达10^-4S/cm，从而大大限制了其在实际中的应用。

发明内容：

本发明的目的在于克服了无机熔融盐电解质机械加工性能差和高分子电解质中离子传导率低的缺点，而提供了高的离子传导率和好的机械加工性能。

本发明提出了新型固体电解质，由“有机电解质(有机盐)-无机电解质(无机盐)”组成的复合体系：合成了几种不同结构的带有极性基团的有机盐，然后将有机盐和无机盐复合，将无机盐和有机高分子电解质的优点结合起来，一方面利用有机盐和无机盐的相互作用，进一步破坏无机盐的晶相结构，促使无机盐的解离，使得其离子传导率高达10^-3S/cm；另一方面，由于使用了有机盐，有机分子的骨架可同时起着改善体系机械加工性能的作用。

本发明的固体电解质由以下组分组成(重量百分比)：组分1：无机盐；含量：20-90％组分2：有机盐；含量：10-80％

上述组分1包括：LiClO₄、LiClO₃、LiNO₃、LiOAC、LiI、Li₂CO₃、Li₂SO₄、LiCl、LiBr、LiCF₃SO₃

上述组分2包括合成的几种带有极性基团的硫酸盐，磺酸盐，碳酸盐和季铵盐，例如：(低)聚氧化乙烯基硫酸锂(PEGSO₄Li)，(低)聚氧化乙烯基磺酸锂(PEGSO₃Li)，丙酸锂，十二烷基硫酸锂，壬基酚(低)聚氧化乙烯基硫酸锂，壬基酚(低)聚氧化乙烯基硫酸锂，聚苯乙烯磺酸锂，聚乙烯醇硫酸锂，聚甲基硅氧烷丙基齐聚氧化乙烯基硫酸锂(PMSPSLi)，聚甲基丙烯酸齐聚氧化乙烯已磺酸锂，聚甲基丙烯酸齐聚氧化乙烯四甲基氯化铵。

本发明的“有机盐-无机盐”复合体系电解质的制备过程按下列顺序步骤进行：

1干燥脱水：试剂级的无机盐如LiClO₃和Li₂SO₄在真空烘箱中逐次由40℃、60℃、80℃、100℃、120℃升温干燥脱水，直至样品不再失重为止。

2有机盐-无机盐体系的复合：将占20％-90％的无机盐如LiClO₃和干燥过的占10-80％的有机盐如PEGSO₄Li、PEGSO₃Li或PMSPSLi加热熔融，在干燥箱中充分混合后，转移至真空烘箱中在120℃下干燥，直到样品不再失重为止，最后将样品放在干燥器中冷却。