[发明专利]复合固体聚合物电解质膜及其制备方法及聚合物锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种复合固体聚合物电解质膜及其 制备方法及聚合物锂电池。

背景技术

由于锂离子电池具有较高的能量密度，其已在消费类电子产品以及电动 汽车和储能电站中得到广泛应用。传统锂离子电池使用小分子有机溶剂的锂 盐溶液作为电解质，其较高的电导率有利于锂离子在正负极间的传输，然而 由于这些小分子有机溶剂具有挥发性和易燃性，其成为锂离子电池最严重的 安全隐患。

为解决这些问题，一系列针对锂离子电池的全固态电解质被陆续开发出 来。这些固态电解质包括无机固态电解质以及聚合物固态电解质。无机固态 电解质的室温电导率较高，甚至可以超过传统液态电解质。然而由于其具有 较弱的机械加工性能，它们很难被加工成可用于锂离子电池的电解质薄膜。 聚合物固态电解质具有很强的可加工性，然而其较低的室温电导率和机械强 度使其在锂离子电池中的应用受到很大的限制。

通过与无机纳米陶瓷颗粒复合，聚合物固态电解质的机械强度能大大提 高。这些无机纳米陶瓷颗粒一方面能有效抑制聚合物结晶，从而降低聚合物 固态电解质的结晶度，另一方面能与锂离子相互作用以形成新的锂离子迁移 通道，因此聚合物固态电解质的电导率得到明显提升。

添加无机纳米陶瓷颗粒后起到的效果与其粒径有很大关系。无机纳米陶 瓷颗粒的粒径越小，其比表面积越大，可以与聚合物固态电解质产生更为充 分的相互作用，因此，颗粒粒径小、比表面积大的纳米级颗粒较微米级颗粒 产生的效果更好。然而由于纳米颗粒容易团聚，在与聚合物固态电解质复合 过程中很难得到良好的分散，因团聚而失去纳米级颗粒的功效。此外，传统 复合方法的工艺难度大，难以进行大规模推广。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种复合固体聚合 物电解质膜及其制备方法及聚合物锂电池，所述复合固体聚合物电解质膜具 有较高的锂离子电导率和机械强度。

本发明的另一目的在于提供一种复合固体聚合物电解质膜及其制备方 法及聚合物锂电池，其中所述复合固体聚合物电解质膜的制备工艺简单，便 于进行大规模生产。

本发明的再一目的在于提供一种复合固体聚合物电解质膜及其制备方 法及聚合物锂电池，其中所述聚合物锂电池具有更高的倍率性能和循环性 能。

为了实现上述目的，在本发明的第一方面，本发明提供了一种复合固体 聚合物电解质膜，其包括：纳米陶瓷颗粒；以及聚合物固态电解质，包括具 有导锂离子能力的聚合物、锂盐。所述复合固体聚合物电解质由所述纳米陶 瓷颗粒在所述聚合物固态电解质上原位生成。

在本发明的第二方面，本发明提供了一种复合固体聚合物电解质膜的制 备方法，用于制备本发明第一方面所述的复合固体聚合物电解质膜，包括步 骤：(a)将具有导锂离子能力的聚合物以及锂盐分散于纳米陶瓷颗粒的前 驱体的水溶液中或有机溶剂中，得到第一溶液；(b)在搅拌下，向第一溶 液中加入催化剂，之后在25℃～70℃下反应1h～10h形成分散均匀的复合固体 聚合物电解质浆料，干燥后得到复合固体聚合物电解质膜，其中，催化剂的 质量为纳米陶瓷颗粒的前驱体的质量的1％～50％，纳米陶瓷颗粒的前驱体与 催化剂反应后在所述聚合物固态电解质上原位生成纳米陶瓷颗粒。

在本发明的第三方面，本发明提供了一种聚合物锂电池，其包括：正极 片，包括正极集流体和设置于正极集流体上且包含正极活性材料、正极导电 剂、聚合物固态电解质的正极膜片；负极片；以及复合固体聚合物电解质膜， 间隔于正极片和负极片之间。其中，所述复合固体聚合物电解质膜为根据本 发明第一方面所述的复合固体聚合物电解质膜。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

本发明的复合固体聚合物电解质膜具有较高的锂离子电导率和机械强 度。

本发明的复合固体聚合物电解质膜的制备工艺简单，便于进行大规模生 产。

本发明的聚合物锂电池具有更高的倍率性能和循环性能。

具体实施方式

下面详细说明根据本发明的复合固体聚合物电解质膜及其制备方法及 聚合物锂电池以及实施例、对比例和测试结果。

首先说明根据本发明第一方面的复合固体聚合物电解质膜。