[发明专利]多孔膜增强的聚合物-塑晶固体电解质膜、其制法与应用

说明书

本发明公开了一种多孔膜增强的聚合物‑塑晶固体电解质膜、其制法与应用。所述聚合物‑塑晶固体电解质膜包括：包含多孔膜的支撑层，以及至少覆设于所述多孔膜表面一侧的聚合物‑塑晶固体电解质层；其中，所述多孔膜起着支撑骨架作用，其具有连续三维网络结构，能够提高固体电解质膜的力学性能，同时多孔膜支撑骨架有利于制备更薄的固体电解质膜；所述的聚合物‑塑晶固体电解质层，含有聚合物、锂盐和塑晶化合物，通过优化聚合物、锂盐和塑晶的比例，可以获得多孔膜增强的、耐高电压的、低温电导率高的柔性聚合物‑塑晶固体电解质膜。本发明的聚合物塑晶固体电解质膜可应用于全固态锂离子电池，其制备工艺简单、适于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种固体电解质膜，具体涉及一种多孔膜增强的、耐高电压的、具有高的低温电导率的、柔性聚合物-塑晶固体电解质膜、其制备方法与应用，属于新能源及新材料技术领域。

背景技术

锂离子电池广泛使用含有机溶剂的液体电解质，这些液体有机溶剂易燃烧、易挥发、易氧化，尤其是在过充过放、大功率充放电等极端工作条件下将产生大量热量而加速气体的产生，存在严重的安全隐患。聚合物固体电解质一般由聚合物基体和无机锂盐而成，其表现为固体状态，却能够像液体一样支持锂离子的迁移，可以有效地克服液体电解质存在的漏夜、燃烧、爆炸等安全问题。但是，聚合物固体电解质在室温下的电导率一般都较低，只有10^-7～10^-8Scm^-1，限制了它的商业应用。在Electrochemistry Communications 2006,8,1753–1756，Electrochemistry Communications 2007,9,1017–1022，Journal of PowerSources 2007,174,883–888；Advanced Functional Materials 2007,17,2800–2807，Journal of Power Sources 2009,189,775–77和专利CN101045806A中，将塑晶化合物引入聚合物固体电解质中得到聚合物-塑晶固体电解质，这类电解质结合了聚合物电解质柔性、力学性能好和塑晶电解质高的离子电导率等优点，是一种很有前途的可用于室温锂离子电池的固体电解质。然而，目前报道的这种聚合物-塑晶固体电解质膜有几个显著的缺点抑制了其的在固体锂电池上的广泛应用：1.聚合物-塑晶固体电解质膜很难在自支撑的前提下厚度做到100μm以下，太薄的聚合物-塑晶固体电解质膜力学性能太差、而厚的固体电解质膜大大增加了电池的体积能量密度。2.塑晶化合物的熔点受加入锂盐的浓度影响较大，锂盐浓度对塑晶电解质的电导率，尤其是低温下的电导率影响较大。然而文献报道的锂盐、塑晶化合物和聚合物的比例往往为固定值，不同比例对聚合物-塑晶固体电解质膜的电导率和电化学性能影响的研究还未见报道。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多孔膜增强的聚合物-塑晶固体电解质膜、其制备方法与应用，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种多孔膜增强的聚合物-塑晶固体电解质膜，其包括：包含多孔膜的支撑层，以及覆设于所述多孔膜表面的聚合物-塑晶固体电解质层；其中，所述多孔膜具有连续三维网络结构；所述的聚合物-塑晶固体电解质层包含聚合物、锂盐和塑晶化合物。

在一些实施例中，所述多孔膜的厚度为1～100μm、孔隙率为40～90％、孔径为0.01～3μm，网络结构中线径为0.01～5μm，所述多孔膜增强的聚合物塑晶固体电解质膜的厚度为2～100μm，孔隙率低于10％，孔径为0.01～0.5μm，在25℃下电导率最高为10^-3Scm^-1，在-20℃下电导率最高为10^-4S/cm。

在一些实施例中，所述多孔膜的一侧表面或相背对的两侧表面覆设有所述聚合物-塑晶固体电解质层。