[发明专利]一类基于聚合硼酸酯锂盐的聚合物电解质及制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一类基于聚合硼酸酯锂盐的聚合物电解质。 

本发明涉及一类基于聚合硼酸酯锂盐的聚合物电解质的制备方法。 

本发明还涉及上述聚合物电解质在锂二次电池中的应用。 

背景技术

锂二次电池以其高比容量，高电压，体积小，无记忆效应等优点，近十年来获得了巨大的发展，但是对于使用液体电解质的锂二次电池来说，在某些时候，锂离子电池容易出现冒烟，着火，爆炸，甚至造成人员伤亡等安全隐患，使得高容量和动力锂二次电池还没有广泛应用，因而提高锂二次电池安全性能是研发锂二次电池的关键。 

高容量和高功率的电池内部热量增大和温度升高的因素很多，因此提高电池的耐高温性能变得尤为重要。采用商业化的PE隔膜和PP隔膜已经不能满足这种需求，而本文研发的新型的聚合物电解质耐高温性能优越，具有制备工艺简单，成本低等诸多优点。 

发明内容

本发明的目的在于设计了一类基于聚合硼酸酯锂盐的聚合物电解质并应用于二次锂离子电池中。 

根据本发明的一个方面，聚合物电解质包含聚合物硼酸酯锂盐，高分子聚合物，和非质子有机溶剂或离子液体组成。 

权利要求的聚合物电解质，其中所述的聚合硼酸酯锂盐具有如通式1所示的结构： 

通式1 

其中X₁，X₂，X₃，X₄为： 

R为C₁-C₅烷基、C₁-C₅氟代烷基的一种。 

Y为：直链或带支链的烷基，直链或带支链的氟代烷基，芳基，氟代芳基的至少一种。 

具体结构式包括如下： 

权利要求的聚合物硼酸酯锂盐，其中所述金属阳离子为碱金属，具体包括锂，钠和钾的离子。 

权利要求的聚合物电解质，其中所述的高分子聚合物包括但不限于聚偏氟乙烯(PVDF)，偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(P(VDF-HFP))，聚丙烯腈(PAN)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚氧化乙烯(PEO)，聚乙烯基缩丁醛(PVB)，聚三氟氯乙烯(PCTFE)和上述材料的混合物。 

权利要求的聚合物电解质，其中所述的非质子溶剂包括但不局限于碳酸亚乙酯，碳酸亚丙酯，碳酸二甲酯，碳酸二乙酯，碳酸甲乙酯，碳酸甲丙酯，碳酸乙丙酯，四氢呋喃，2-甲基四氢呋喃，甲酸甲酯，甲酸乙酯，三乙二醇二甲醚，四乙二醇二甲醚，γ-丁内酯，二甲基亚砜，环丁砜，二甲基砜，N，N-二甲基甲酰胺，乙腈，亚硫酸二甲酯，亚硫酸二乙酯和至少两种前述有机溶剂的混合物。 

权利要求的聚合物电解质，其中所述的离子液体包括但不局限于1-甲基-3-乙基咪唑四氟 硼酸盐，1-甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐，三甲基己基铵二(三氟甲基磺酰)亚胺盐。 

权利要求的聚合物电解质，其中所述聚合物硼酸酯锂盐含量为高分子聚合物与硼酸酯锂盐质量和的10～80％，硼酸酯锂盐与高分子聚合物含量为整个聚合物电解质重量的10～90％。 

根据本发明的另一方面，提供一种二次锂离子电池，包括：正极，负极和介于正极和负极之间的上述聚合物电解质。 

一种二次锂离子电池，包括：正极，负极，和置于正极和负极之间的聚合物电解质，其中的聚合物电解质为权利要求的聚合物电解质。 

权利要求的二次锂离子电池，其中的正极主要包含磷酸铁锂，磷酸铁锰锂，锂锰氧化物，锂钴氧化物，锂镍氧化物，锂铬氧化物，硫，含硫氧化物和至少两种前述氧化物的混合物的一种材料。 

权利要求的二次锂离子电池，其中的负极主要包含选自锂金属、锂合金，锂钛氧化物，中间相碳微球和石墨。 

本发明制备的聚合物电解质，聚合物硼酸酯锂盐与高分子聚合物具有良好的相容性，聚合物硼酸酯锂盐分布均匀，制备的聚合物电解质膜均一性良好，可批量生产。该聚合物电解质具有高的阳离子迁移数(接近于1)，对锂金属和其他电极材料界面稳定，电化学窗口宽的优点。组装的二次锂离子电池，常温下亦可正常工作，高温下耐热性能良好，即使在120℃高温下，电池也不会发生短路，并且在该高温下还具有良好的循环性能。因而，本发明提供的聚合物电解质膜不仅可以应用于小型的电子器件中，也可应用于高容量和动力电池中。 

附图说明

图2～4是实施例1中制造的锂二次电池循环寿命测试的结果图。