[发明专利]一种耐高电压的聚氧化乙烯基复合电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种耐高电压的聚氧化乙烯基复合电解质。本发明至少在聚氧化乙烯基复合电解质主体层的一侧引入稳定的包含离子液体的聚合物电解质作为界面层，阻碍了其与电极的直接接触，间接拓宽了聚氧化乙烯基电解质的电化学窗口，有效抑制了聚氧化乙烯基电解质在高电压下的剧烈分解，从而实现了聚氧化乙烯基电解质在钴酸锂类高电压正极体系中的应用。实施例结果表明，本发明提供的耐高电压的聚氧化乙烯基复合电解质组装的锂‑电解质‑不锈钢电池的电化学窗口可以达到4.6V，用其组装的钴酸锂电池在4.5V下循环50次后容量保持率为89％。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种耐高电压的聚氧化乙烯基复合电解质及其制备方法和应用。

背景技术

目前，绝大多数在研究试制中的固态电池都用含钴正极，以钴酸锂和三元材料为主。但是，对于钴酸锂这类高电压正极材料，在常用的4.2V截止电压下，钴酸锂正极只能脱出大约一半的锂离子，释放出约140mAh/g的容量。随着充电截止电压的进一步提高，钴酸锂可以释放出更高的容量，但同时也伴随着电解质在四价钴离子的催化作用下发生剧烈分解的问题。为了进一步提高基于钴酸锂正极的固态电池体系的能量密度，开发耐高电压的固态电解质迫在眉睫。而在众多的电解质中，聚氧化乙烯基电解质因其低廉的价格、低的玻璃转化温度和强的溶解锂盐的能力引起了广泛的关注。但是聚氧化乙烯基电解质电化学窗口比较窄，在3.8V就会开始分解，目前仅用于匹配磷酸铁锂等低电压正极材料，而不能匹配钴酸锂等高电压正极材料。因此，为了提高聚氧化乙烯基电解质在高电压下的稳定性，使其与钴酸锂正极进行匹配，解决钴酸锂正极与电解质在高电压下的界面问题，进一步提高电池体系的能量密度，急需一种耐高压的聚氧化乙烯基复合电解质。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种耐高电压的聚氧化乙烯基复合电解质，本发明提供的聚氧化乙烯基复合电解质具有优异的耐高电压性能，用其组装的钴酸锂电池在高电压下具有良好的循环稳定性。

本发明提供了一种耐高电压的聚氧化乙烯基复合电解质，包括聚氧化乙烯基复合电解质主体层和离子液体-聚合物界面层，所述离子液体-聚合物界面层至少粘结在所述聚氧化乙烯基复合电解质主体层的一侧表面。

优选的，所述聚氧化乙烯基复合电解质主体层包括聚氧化乙烯、第一锂盐和导锂无机颗粒，所述离子液体-聚合物界面层包括离子液体、第二锂盐和聚合物。

优选的，所述第一锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、三氟甲磺酸锂、双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂和二(三氟甲基磺酰)亚胺锂中的一种或几种；所述导锂无机颗粒为钙钛矿型快离子导体、石榴石型快离子导体、钠超离子导体型电解质、硫系固态电解质和卤化物无机电解质中的一种或几种。

优选的，所述聚氧化乙烯为分子量为10万～400万的聚氧化乙烯中的一种或几种。

优选的，所述导锂无机颗粒与聚氧化乙烯的质量比为1:(1～9)，所述第一锂盐与聚氧化乙烯的质量比为1:(1～5)。

优选的，所述第二锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、三氟甲磺酸锂、双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂和二(三氟甲基磺酰)亚胺锂中的一种或几种；所述聚合物为聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚乙酸乙烯酯、聚氯乙烯和聚丙烯酸酯中的一种或几种；所述离子液体为咪唑型离子液体、吡啶型离子液体、吡咯烷型离子液体、季铵型离子液体和哌啶型离子液体中的一种或几种。

本发明还提供了上述技术方案所述耐高电压的聚氧化乙烯基复合电解质的制备方法，包括以下步骤：

将包括聚氧化乙烯、第一锂盐、第一溶剂与导锂无机颗粒的混合液涂敷在模具上，进行第一干燥，脱膜，得到聚氧化乙烯基复合电解质主体层；