[发明专利]一种硅氧烷基固体电解质及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅氧烷基固体电解质及其制备和应用，属于锂离子电池材料制备技术及其应用领域。

背景技术

当前商品化锂离子电池所使用的电解质主要为有机电解液，由于有机电解液易燃，使用有机电解液的锂离子电池在使用时存在安全隐患。使用者由于对锂离子电池安全隐患认识不足，经常出现外部短路、过充的不当使用情况，继而引起锂离子电池因温度升高而燃烧，甚至爆炸，不仅给使用者造成巨大的人身伤害，而且由于这类个别事件的发生，锂电产商不得不召回大量已售出的电池，承受巨大的经济损失。安全问题制约着锂离子电池产业的进一步扩展。

采用固体电解质是解决锂离子电池安全问题的一种途径。随着越来越多的研究者投入到固体电解质方面的研究，逐渐显露出其优于传统电解液的特性，如何开发可以商业化的固态电解质成为目前研究锂离子电池的热点之一。其中，具有离子传导能力的、由高聚物和锂盐组成的聚合物固体电解质，由于具有加工性好等特性在锂离子电池方面引起了广泛关注。

目前研究较多的聚合物电解质体系主要有：聚氧化乙烯（PEO）、聚丙烯腈（PAN）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氯乙烯（PVC）聚硅氧烷（PS）等几大类。PEO是研究最早且最为广泛的聚合物体系，但是其与锂盐形成的电解质电导率很低，只有10^-7～10^-6S/cm；以PAN、PMMA、PVDF、PVC与锂盐组成的电解质，本身虽然机械性能好但电导率不高，而且这些电解质通常采用有机电解液进行增塑，形成凝胶聚合物电解质，因此制备出来的电解质不是全固态电解质；以PS为基体制备的电解质，有较高水平的电导率。在1986年，Brocq等首次研究了将聚硅氧烷侧链引入低聚氧化乙烯，得到聚合物的碱金属盐复合电解质与PEO相应盐的电解质相比，具有较高的室温电导率(10^-5S/cm)，但是这类以Si-O键相连的共聚物化学稳定性差。在前人工作基础上，West等制备得到新型双梳状含低聚氧化乙烯醚，由于低聚氧化乙烯醚侧基与硅氧烷主链之间通过Si-C键结合,该类型聚合物具有化学稳定性好、玻璃化转变温度低的优点，电解质最大电导率为4.5×10^-4S/cm。但是，单独以硅氧烷聚合物和锂盐通过溶剂浇铸法制备的聚合物固体电解质膜机械性能差。

近年来,有关新型有机硅聚合物电解质的结构、设计、合成和表征仍是该领域的热点，并开展了较为深入的研究工作。2007年Walkowiak等通过含硅氢键聚硅氧烷与烯丙基三甲氧乙氧基硅烷间的硅氢加成反应制备得到了侧链含一半三甲氧乙氧基硅丙基聚硅氧烷接枝聚合物，将其溶入六氟磷酸锂盐后得得到25°C下离子电导率高达10^-3S/cm的性能优异的聚合物电解质。而且，聚硅氧烷的柔韧性好，能与电极有更好的接触，界面相容性比较好；但是，单独以该聚合物和锂盐通过溶剂浇铸法制备的聚合物固体电解质膜也同样有机械性能差的问题。由以上分析可知，目前固体电解质的导电性、与电极的相容性以及机械性能不能很好匹配。

发明内容

针对目前固体电解质的导电性、与电极的相容性以及机械性能不能很好匹配的问题，本发明提供一种导电性、与电极的相容性以及机械性能良好的硅氧烷基固体电解质及其制备和应用。

本发明一种硅氧烷基固体电解质，其组分以质量百分比计包括：

导锂硅氧烷聚合物30～70%；

粘接剂25～40%；

锂盐5～30%；

锂盐含量固定时，锂盐与导锂硅氧烷聚合物的比例会影响电解质的力学性能与电导率；当前者比例大时，电导率提高但是力学性能变差，反之相反；保持其余两者的比值不变，增大锂盐浓度，电解质力学性能变差，电导率增加，反之相反。

本发明一种硅氧烷基固体电解质，所述导锂硅氧烷聚合物的结构式为：