[发明专利]一种固态电解质、固态电解质膜及其制造方法、以及锂二次电池

说明书

本发明提供一种固态电解质、固态电解质膜及其制造方法、以及锂二次电池。该固态电解质包含离子液体聚合物、腈类化合物和锂盐。本发明的固态电解质所形成的电池在高充放电倍率(例如0.5C和1.0C)下具有非常好的放电比容量和优异的循环性能，非常适合作为电池使用，特别适合于锂二次电池使用。

技术领域

本发明涉及一种固态电解质、固态电解质膜及其制造方法、以及锂二次电池。

背景技术

电解质是电化学器件中的重要组成部分。目前，锂二次电池的电解质主要由有机溶剂与锂盐组成，而有机溶剂沸点低，闪点低，易燃易挥发，极大地影响锂二次电池的安全性；同时，随着锂二次电池应用领域的扩大，电池的倍率容量和功率密度也不断提高，有机电解质所带来的安全隐患也日趋突出。

因有机电解液而产生的着火、爆炸、漏液等安全隐患严重制约了高比能量锂离子电池的发展。因此，具有安全性强、柔性好、可抑制锂枝晶生长等优势的聚合物电解质受到了广泛关注。然而，目前聚合物电解质普遍存在室温离子电导率偏低、电极/聚合物电解质界面阻抗过大等问题，限制了其在锂离子电池中的实际应用。

锂二次电池用聚合物固态电解质由于具有良好的机械性能和高安全性，可防止电解液泄漏，且无需隔膜，已引起广泛关注。然而，大多数聚合物固态电解质的室温离子电导率较低(10^-5～10^-6S cm^-1)，限制了其实际应用。迄今为止，人们采取一些策略增强其离子电导率，例如掺杂填料，聚合物共混、共聚以及交联等，然而，离子电导率依然不够理想。

离子液体具有基本不挥发、耐热性高、不易燃、电化学稳定性好等一系列优异特性，将其与锂盐复合作为电解质应用于锂二次电池中，可以提高电池的安全性。迄今为止，现有技术中的离子液体存在有单中心阳离子离子液体和双中心阳离子离子液体。然而，该类电解质在锂二次电池中依然是液相存在，解决不了电池的漏液问题，难以确保电池的安全性和稳定性。

腈类化合物具有高极性，其具有良好的溶解多种锂盐的能力。

例如，研究发现丁二腈/二(三氟甲基磺酰)亚胺锂体系的电解质，其室温下的离子电导率可达10^-3S cm^-1(Nature materials,2004,3,476-481)。

还有存在丁二腈被引入到聚合物基体的电解质，例如，电解质中包括聚丙烯腈(Electrochemistry Communications,2008,10,1912-1915)和丁二腈的电解质；包括甲壳素(Journal of Membrane Science,2014,468,149-154)和丁二腈的电解质等等。

最近，研究人员还研制出采用原位合成技术以制备一种腈类全固态聚合物的电解质(Advanced Energy Materials,2015,5,1500353)。该类聚合物电解质是通过将腈乙基化聚乙烯醇(PVA-CN)单体溶于丁二腈全固态电解质中形成前躯体，进而将前躯体浸入聚丙烯腈电纺纤维膜网络中进行原位聚合而制得的。但其应用于锂二次电池时，电池在室温及低的充放电倍率(0.1C)下的放电比容量还可以，但随着充放电倍率(例如0.5C和1.0C)的提高，其放电比容量大幅度降低。

所以迫切要求能够研制出所制得的锂二次电池在高的充放电倍率下放电比容量不降低，在高的充放电倍率下也具有高的放电比容量和好的循环性能的电解质。

对于锂二次电池的电解质而言，能保证该电池在高的充放电倍率下有高的放电比容量和优异的循环性能是至关重要的。

发明内容

本发明的发明人针对上述现有技术所存在的缺陷，对离子液体聚合物以及腈类化合物的组合等进行了深入研究，开发出本发明的包含离子液体聚合物、腈类化合物和锂盐的固态电解质、固态电解质膜及其制造方法、以及锂二次电池。