[发明专利]一种原位聚合双层聚合物电解质膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种原位聚合双层聚合物电解质膜及其制备方法和应用，属于锂离子电池技术领域。该原位聚合双层聚合物电解质膜包括多孔膜骨架、通过原位聚合法在所述多孔膜骨架一侧上形成的第一聚合物电解质层以及通过原位聚合法在所述多孔膜骨架另一侧上形成的第二聚合物电解质层。本发明的双层聚合物电解质膜通过采用原位聚合法分别将耐氧化和低电压稳定的两种单体小分子负载于多孔膜骨架的两侧上，有助于形成组分均一、厚度可控、界面兼容的聚合物电解质膜，该双层聚合物电解质膜应用于全固态电池中可同时满足对正极高电压和负极低电压的稳定性需求。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种原位聚合双层聚合物电解质膜及其制备方法和应用

背景技术

传统的锂离子电池中含有大量有机电解液，存在易挥发易腐蚀、易燃易爆和热稳定性差等安全隐患。因此，开发基于固态电解质的全固态电池，是消除上述安全隐患的根本策略。固态电解质包括无机固态电解质和聚合物固态电解质，与采用液态电解质相比，固态电解质有提高安全性能和抑制锂枝晶的优势。其中，聚合物电解质由于具有柔性高、界面接触性能好、和现有电池工艺设备易于兼容等优点，成为了研究的热点。

目前传统的醚类聚合物(如PEO)和金属锂负极表面兼容性较好，循环过程中能形成良好的界面钝化膜，但其有限的抗氧化稳定性(4V)极大地限制了其在高电压正极材料中的应用。而具有高电压稳定性的聚合物，如聚碳酸酯类聚合物，通常不容易在正极表面被氧化，但却容易在低电压下被负极还原，形成高阻抗界面层；总的来看，目前单一的聚合物，都不具有合适氧化还原电化学窗口，无法同时在正极侧抵抗高氧化电压，并在负极侧不被还原。传统的双层聚合物膜都是单独制备的两种聚合物膜，通过层压方法结合在一起，使得两层膜之间的结合性能差，从而导致电池的循环性能欠佳。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种原位聚合双层聚合物电解质膜及其制备方法和应用，本发明通过采用原位聚合法将耐氧化和与低电压负极兼容的两种单体小分子原位聚合在多孔膜骨架两侧，形成了组分均一、厚度可控、界面兼容的聚合物电解质膜，应用于全固态电池中可同时满足对正极高电压和负极低电压的稳定性需求。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种原位聚合双层聚合物电解质膜，其包括：

多孔膜骨架；

通过原位聚合法在所述多孔膜骨架一侧上形成的第一聚合物电解质层；

通过原位聚合法在所述多孔膜骨架另一侧上形成的第二聚合物电解质层。

其中，第一聚合物电解质层用于与正极接触，并且第一聚合物电解质层包括对正极电化学稳定的固态聚合物电解质；第二层聚合物电解质层用于与负极接触，并且第一聚合物电解质层包括对负极、尤其是金属负极电化学稳定的固态聚合物电解质。

作为本发明优选的实施方式，所述第一聚合物电解质层和所述第二聚合物电解质层均是通过聚合单体在所述多孔膜骨架中或表面直接原位聚合成膜的。

作为本发明优选的实施方式，所述第一聚合物电解质层和所述第二聚合物电解质层的厚度均为10～700μm。其中，第一聚合物电解质层为具有抗高电压氧化性的聚合物电解质层；第二聚合物电解质层为耐负极还原的聚合物电介质层。

本发明还提供了如上所述的原位聚合双层聚合物电解质膜的制备方法，其包括以下步骤：

(1)将第一聚合单体、溶剂、锂盐、引发剂混合均匀，制成均一液体；

(2)将步骤(1)制得的液体，引入到多孔膜骨架中；通过引发聚合，在多孔膜骨架的一侧上原位聚合形成第一聚合物电解质层；

(3)将第二聚合单体、溶剂、锂盐、引发剂混合均匀，制成均一液体；