[发明专利]一种固体聚合物电解质及其制备方法以及复合正极和固态锂离子电池

说明书

本发明提供一种固体聚合物电解质及其制备方法以及复合正极和固态锂离子电池。本发明提供的固体聚合物电解质包括由梳状聚合物交联而成的网状聚合物和锂盐，所述梳状聚合物包括主链和侧链，所述主链为桥连于硅原子和硼原子之间的聚乙二醇，所述侧链为连接于硅原子或硼原子上的聚乙二醇单甲醚，所述梳状聚合物的结构单元具有式Ⅰ所示的结构，其中，R为正丙基三甲氧基、乙烯基三甲氧基、烯丙基三甲氧基、甲基三乙氧基、氯三乙氧基、乙基三乙氧基和正丙基三乙氧基中的一种；m和n独立地为3～22；x和y独立地为2～44。本发明提供的固体聚合物电解质离子电导率高，制备的锂离子电池倍率性能好，低温循环性能和库仑效率高。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，特别涉及一种固体聚合物电解质及其制备方法以及复合正极和固态锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有能量大、工作电压高、长寿命以及无环境公害等特点，自1990年问世以来，便迅速在便携式电子设备、电动汽车等众多的领域展示了广阔的应用前景。随着电子技术的不断发展，小型化、轻量化和高性能的便携式电子电器产品对电池性能提出了更高的要求。电解质作为电池的重要组成部分，在正负极之间起着输送离子、传导电流的作用，选择合适的电解质是获得高能量密度和功率密度、长循环寿命和安全性能良好的锂离子电池的关键。

目前使用和研究的电解质包括液态电解质和固态电解质。液态电解质锂离子电池已经商品化多年，但传统的液态锂离子电池存在泄露、易燃、爆炸等安全性问题，并且由于电解液无法制成薄膜，因而使锂离子电池能量密度较低，不适合于小体积、轻质量、高比能量和长寿命的电子电器的使用。

固态锂离子电池是能够从根本上解决传统液态锂离子电池安全性问题的下一代锂电池。固态电解质主要分为两大类，一类是无机固体电解质，另一类就是聚合物电解质。但是，目前广泛研究的无机固体电解质的离子电导率并不突出，离子电导率较好是含硫元素的，在高压下，硫元素会与锂片负极发生氧化还原反应产生有毒气体硫化氢，目前的研究并没有达到良好的安全性；并且，无机固态电解质的制备过程相当复杂，相当困难。

而固体聚合物电解质无有毒或易燃的化学物质，目前的广泛研究中已经足够安全，且制备过程简单，绿色，结构灵活，可以应用于各种结构的锂电池中，还可以抑制锂枝晶的生长。但是现有技术中的固态聚合物锂离子电池也存在很多的问题，比如，低温锂离子电导率和锂离子迁移数低，从而导致电池的低温循环性能、库仑效率、倍率性能较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固体聚合物电解质及其制备方法以及复合正极和固态锂离子电池。本发明提供的固体聚合物电解质离子电导率高，制备的锂离子电池倍率性能好，低温循环性能和库仑效率高。

本发明提供了一种固体聚合物电解质，包括由梳状聚合物交联而成的网状聚合物和锂盐，所述梳状聚合物包括主链和侧链，所述主链为桥连于硅原子和硼原子之间的聚乙二醇，所述侧链为连接于硅原子或硼原子上的聚乙二醇单甲醚，所述梳状聚合物的结构单元具有式Ⅰ所示的结构：

其中，R为正丙基三甲氧基、乙烯基三甲氧基、烯丙基三甲氧基、甲基三乙氧基、氯三乙氧基、乙基三乙氧基和正丙基三乙氧基中的一种；

m和n独立地为3～22；

x和y独立地为2～44。

优选的，所述梳状聚合物的分子量为50000～70000。

优选的，所述锂盐中锂离子与梳状聚合物中氧原子的摩尔比为1:8～25。

本发明还提供了一种上述技术方案所述固体聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氧化硼、聚乙二醇和聚乙二醇单甲醚混合，加热得到预聚物；

(2)向所述步骤(1)得到的预聚物中滴加硅烷，聚合反应得到梳状聚合物；