[发明专利]一种原位植入聚合物微粒固态电解质及其制备方法

说明书

本发明提供一种原位植入聚合物微粒固态电解质及其制备方法，包括步骤：在氩气或氮气手套箱中将能溶于聚氧化乙烯的锂盐、聚氧化乙烯加入容器中，加入无水乙腈搅拌溶解，得到透明或半透明溶液；向溶液中加入丙烯酰胺、交联剂、引发剂；继续搅拌至溶液再次混合均匀，倒入模具，365纳米的紫外线波长下引发聚合，聚合完全后静置，待溶剂乙腈完全挥发后得到微米级厚的固态电解质薄膜；本发明制得的这种原位植入聚合物微粒固态电解质性能优良，在室温下具有较高离子电导率，同时拥有较好的机械性能以及出色的加工性，本发明通过原位植入聚合物微粒，制备方法简单，制备成本低，采用的原材料均来自于工业化的产品，有望实现大批量产业化生产。

技术领域

本发明属于涉及固态锂电池电解质技术领域，具体涉及一种原位植入聚合物微粒固态电解质及其制备方法。

背景技术

目前人们日常生活中使用最多的电池产品为锂离子电池，包括手机电池、笔记本电脑电池、数码相机电池、无人机电池以及汽车动力电池，电池的种类包括磷酸铁锂离子电池，钛酸锂离子电池以及三元锂离子电池等，这些商品化电池使用的电解液都为液态电解液。因此存在着一些液态电解液不可以避免的缺点，比如一点挤压、碰撞后就可能漏液，由于电解液都是有机试剂，一点接触火源极易燃烧，甚至发生爆炸事故。就如最近出现的三星note7手机爆炸一样。

固态锂电池就是所有材料都以固态形式存在的电池，电池里面没有气体、没有液体存在。大大减小了漏液引起的燃烧或者爆炸事件。液态锂离子电池体系中隔膜的热熔温度在125-140℃，在实验过程中发现经过150℃高温烘烤的电池拆开内部隔膜都已经熔化，正负极已经短路。锂离子电池发生着火爆炸其中一个的最大原因在于内部短路造成正负极直接接触产生大量的热导致连锁反应，正负极反应产热、负极与电解液反应、锂盐分解产热导致温度升高，化学反应速度加快，同时电解液溶剂气化膨胀，导致电池内压增大也加速内部化学反应速度。

锂离子电池体系的有机电解液的沸点都比较低，而且有机溶剂都是易燃物。溶剂组分的沸点从80-150℃不等，常用锂盐溶质六氟磷酸锂的热分解温度也低于100℃。在锂离子电池的破坏性测试过程中，不管是磷酸亚铁锂为正极的电池还是镍钴锰三元材料正极的电池，在加热超过180℃的情况下，都会发生起火爆炸，而这个温度远远低于正极材料的分解温度。也就是说发生的锂离子电池着火爆炸根本原因不是正极材料的热分解造成的着火爆炸，而是高温隔膜熔化造成电池正负极短路而引起的。要解决电池短路问题必须从电解质入手，因此在保证电池安全性的前提下，固态电解质是一个最好的解决方案。

使用固态电解质组装的全固态电池不仅安全性极大地提高，还具有很多传统电池不具有的优点。由于使用了固态电解质，锂离子电池的材料适用体系也会发生改变，其中核心的一点就是可以不必使用嵌锂的石墨负极，而是直接使用金属锂来做负极，这样可以明显减轻负极材料的用量，使得整个电池的质量能量密度和体积能量密度有明显提高。在使用了固态电解质后电池可以经过进一步的优化，变成柔性电池，拓宽其应用领域，从而带来更多的功能和体验。即使是陶瓷材料，在厚度薄到毫米级以下后通常是可以弯曲的，材料变成柔性材料。因此固态电池在做到轻薄化以后柔性程度也会有明显的提高，通过使用适当的封装材料，制成的固态电池可以经受几百到几千次的弯曲而保证性能基本不衰减。由于其全固态的性质，使其在局部受创之后仍然可以继续使用。

发明内容

针对目前锂电池电解液面对的一些安全问题，本发明的目的在于提供一种原位植入聚合物微粒固态电解质及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种原位植入聚合物微粒固态电解质的制备方法，包括以下步骤：

(1)在氩气或氮气手套箱中将25-40份能溶于聚氧化乙烯的锂盐、60-80份聚氧化乙烯加入容器中，加入无水乙腈搅拌溶解，得到透明或半透明溶液；

(2)向溶液中加入5-40份丙烯酰胺、0.01-1份交联剂、0.01-1份引发剂；