[发明专利]一种复合全固态聚合物电解质锂离子电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池及其制备方法，尤其涉及一种复合全固态聚合物电解质锂离子电池及其制备方法，属于全固态聚合物电解质制备技术和锂离子电池领域。

背景技术

与其它化学电源相比，锂离子二次电池具有许多优异的性能，如能量密度高、循环寿命长、开路电压高、无记忆效应、安全无污染等，经过近二十年的飞速发展，已广泛的应用在移动电话、笔记本电脑、数码相机等便携式设备领域。近年来，随着锂离子电池能量密度的进一步提高，其应用领域正逐步拓展到航空航天、卫星、导弹电动汽车等高技术领域，因此，电池的安全性至关重要。

目前已商品化的锂离子电池的内部结构通常包括：正极和负极以及含有锂盐的液态电解质和隔离正负极的离子交换膜组成。众所周知，大量的有机液态电解液的存在，不仅增加了电池漏液的风险，而且将加速电池在滥用条件下热失控的速率，进而引起电池起火或爆炸，存在严重的安全隐患。

采用全固态电解质作为锂离子电池的电解质是提高电池安全性的重要方法，目前，全固态电解质主要包括两大类：一是无机固体电解质，如LISICON、NASICON结构的无机固体电解质、LiX、Li₃N及其衍生物等，但是在常温下该类电解质的离子电导率一般比有机液态电解质的离子电导率低3～5个数量级，意味着电池不能大倍率充放电，因此大大的限制其在锂电池中的应用；二是有机固体电解质，如聚醚系（PEO），该类电解质能够和锂盐形成稳定的络合物，易于实现离子的传导，另外由于聚合物材料本身具有较高的塑性和易于成膜等优点，可以应用于各种形状的锂离子电池，然而由于PEO与锂盐形成的全固态聚合物电解质在室温时具有较高的结晶相，所形成的电解质也只能在高温下才能使用，因此其实际应用受到限制。常用来降低PEO结晶度的方法是加入有机液体增塑剂，液体增塑剂的加入虽然提高了全固态聚合物电解质的离子电导率，但同时也破坏了电解质的机械性能以及增加其与锂负极材料的活性，降低了电池的寿命（H.J.Walls，J.Zhou，J.A.Yerian，et al.J.Power Sources，2000,89，（2）：156-162）。

近年来，为了改善全固态聚合物电解质的力学性能和离子电导率，在全固态聚合物电解质中加入无机材料颗粒，如中国专利CN03136183.8将无机氧化物（蒙脱石、SiO₂或ZnO）加入到聚氧化乙烯固态电解质中（PEO），制备了电导率约为3×10^-4S/cm（60℃条件下）的全固态聚合物电解质；中国专利CN200610036632.9将改性的介孔分子筛加入到聚氧化乙烯固态电解质中（PEO），制备了电导率约为1×10^-4S/cm（60℃条件下）的全固态聚合物电解质。

但是，上述现有技术的全固态电解质及其制备方法存在如下的缺陷：首先，聚氧化乙烯固态电解质在室温下具有较高的结晶度，因此电解质室温下离子电导率较低；其次，为了改善离子电导率低和力学性能不好的问题，需要添加大量的无机纳米填料，众所周知，纳米颗粒难分散易团聚，不仅影响电解质的一致性而且不利于规模生产；最后，该体系的全固态电解质还存在热稳定性不好和电化学稳定性低的缺陷。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中全固态电解质离子电导率低、力学性能不好等缺陷，提供一种复合全固态聚合物电解质锂离子电池，使得复合全固态聚合电解质锂离子电池在常温下离子电导率高、机械性能好、热稳定性好且电化学稳定性。

本发明另外一个目的是提供上述复合全固态聚合物电解质锂离子电池的一种制备方法，使得制备出来的上述复合全固态聚合物电解质锂离子电池具有一致性高、稳定性好并且生产效率高。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种复合全固态聚合物电解质锂离子电池，包括电池壳和极芯，所述的极芯密封容纳在电池壳内，所述的极芯包括正极、负极和位于正极与负极之间的复合全固态聚合物电解质，其特征在于：所述的复合全固态聚合物电解质包括二甲基硅氧烷-环氧乙烷共聚物P(DMS-CO-EO）、锂盐和纳米无机填料。

本发明所述的二甲基硅氧烷-环氧乙烷共聚物P(DMS-CO-EO）中的二甲基硅氧烷和环氧乙烷的质量比为3：7～7：3。

本发明所述的二甲基硅氧烷-环氧乙烷共聚物P(DMS-CO-EO）的数均分子量为5×10⁵ ～1×10⁶。