[发明专利]一种宽温度范围聚合物固态电池的制备方法

说明书

本发明涉及一种宽温度范围聚合物固态电池的制备方法。本发明属于化学电源技术领域。一种宽温度范围聚合物固态电池的制备方法：1)将锂盐、聚合物、无机填料按比例混合，溶解于有机溶剂中形成前驱体溶液，浇注成膜或与起支撑作用基膜复合制备聚合物固态电解质；2)将正极活性物质、导电剂、粘结剂溶解于有机溶剂中，涂敷于铝箔上制得正极极片；3)负极采用添加表面保护层或者未添加表面保护层的负极；4)将正极极片、聚合物固态电解质和负极组装制成固态电池。本发明新型聚合物固态电池的使用温度不再局限于高温，其使用范围明显拓宽，同时具有安全性高、易于制备和大规模生产等优点，是未来大容量固态电池的优势候选。

技术领域

本发明属于化学电源技术领域，特别是涉及一种宽温度范围聚合物固态电池的制备方法。

背景技术

目前，固态聚合物二次电池是固态电池的重要分支，与传统液态电解质锂离子电池相比，固态聚合物电池安全性更高、机械性能更优、可加工型更强，同时可以使用金属锂等高能量密度电极材料来进一步提升电池的能量密度。因此，固态聚合物电池在军民等各储能领域中都有非常广阔的应用前景。

聚合物固态电解质是固态聚合物电池的核心，主要由聚合物基体(如聚酯、聚醚和聚胺等)和锂盐构成。发展至今，主流的聚合物基体仍是最早被提出的聚氧化乙烯(PEO)及其衍生物，其主要原因是PEO及其衍生物对金属锂稳定并且可以很好的解离锂盐。然而，由于固态聚合物电解质中离子传输主要发生在无定形区，而室温条件下未经改性的PEO的结晶度高，导致离子电导率较低，处于10^-7S/cm的数量级，同时锂离子迁移率也很低(0.2～0.3)，严重影响电池大电流充放电的能力。目前已经产业化大规模应用的固态电池是法博雷组装在Bluecar汽车上的固态聚合物二次电池，但是受聚合物固态电解质低离子电导率的影响，这类电池的工作温度只能被限制在70～80℃之间。因此，提升聚合物固态电解质的离子电导率、拓展其使用温度范围是固态聚合物电池大规模应用道路上亟待解决的问题。

对于PEO聚合物固态电解质体系而言，锂盐解离出的锂离子与聚乙烯链段之间会发生交联作用，锂盐浓度的升高导致这种配对结构的增加，阻碍了链段在非晶区的运动，从而导致玻璃化转变温度升高，电导率随之降低。这就使得PEO基聚合物电解质中锂盐含量需要控制在适中范围内，只能提供有限的可迁移锂离子，电导率无法得到提升。相比之下，碳酸酯类聚合物具有高偶极距，对锂离子的吸引力更强，更有利于锂盐解离，玻璃化转变温度随锂盐浓度的提高而不断降低，离子电导率随之升高。因此，本发明以聚碳酸酯类聚合物作为基体，通过提升电解质体系中的锂盐浓度，获得“polymer-in-salt”的新型聚合物固态电解质体系，同时匹配高能量密度电极材料，结合界面处理工艺，获得可在宽温度范围内稳定输出的聚合物固态电池。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种宽温度范围聚合物固态电池的制备方法。

本发明的目的是提供一种宽温度范围聚合物固态电池的制备方法。通过改善聚合物电解质体系中锂盐和聚合物的种类和比例，促进锂盐解离，提升有效载流子浓度，获得更高离子电导率的聚合物固态电解质，通过高性能电极材料的筛选与匹配，同时对界面进行调控和优化，获得在宽温度范围内可以稳定输出的固态电池体系。

本发明宽温度范围聚合物固态电池的制备方法所采取的技术方案是：

一种宽温度范围聚合物固态电池的制备方法，其特征是：宽温度范围聚合物固态电池的制备方法包括以下工艺过程包括：

1)将锂盐、聚合物、无机填料按比例混合，溶解于有机溶剂中形成前驱体溶液，浇注成膜或与起支撑作用基膜复合制备聚合物固态电解质；聚合物与锂盐质量比为1:9-7:3，无机填料添加比例为聚合物与锂盐质量的1-20％；

聚合物选择高极性碳酸酯类聚合物，为聚碳酸丙烯酯、聚碳酸乙烯酯、聚三亚甲基碳酸酯、与聚氧化乙烯开环聚合得到的改性大分子单体、聚己内酯及其单体与三亚甲基碳酸酯单体经过开环共聚后得到的共聚物中的一种或多种组合；