[发明专利]具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质及其制备方法，以有机聚合物作为基质，均匀掺杂锂盐和无机材料颗粒，无机材料颗粒在固体电解质径向形成有序分布，使无机材料颗粒在电解质界面处形成快离子通道，构成快离子导体结构。利用电场使电解质内部无机材料颗粒发生极化，同时由于颗粒在电解质界面处有快离子通道，极化使有序分布的颗粒成链，快离子通道可能在电解质径向形成，提高电导率。本发明固态电解质具有室温电导率高，机械性能好的特点，可以用于室温固态锂离子电池电解质，应用本发明的固态电解质的室温固态锂离子电池具有较高的充放电倍率，循环稳定性和安全性，可以用于手持式电子设备和电动汽车等设备。

技术领域

本发明涉及一种固态电解质及其制备方法，特别是涉及一种聚合物基质的固体电解质及其制备方法，应用于二次锂离子电池储能技术领域。

背景技术

锂离子电池是一种绿色储能装置，在国家倡导由传统化石能源转向绿色新型清洁能源中起着重要作用。锂离子电池具有能量密度高，输出电压高，使用寿命长等优点。目前市场上使用的锂离子电池主要采用有机液态电解质和凝胶电解质，而上述电解质中含有易挥发，易燃，易爆的有机液体，给电池体系带来了严重的安全隐患。使用固态电解质可有效提高锂离子电池的安全性。但目前常见的锂离子电池使用的固态电解质室温锂离子电导率约10^-6S cm^-1，远低于液态电解质的电导率。所以寻求一种高电导率的固态电解质尤为重要。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质及其制备方法，利用电场使电解质内部无机材料颗粒发生极化，同时由于颗粒在电解质界面处有快离子通道，极化使有序分布的颗粒成链，快离子通道可能在电解质径向形成，提高电导率。本发明固态电解质具有室温电导率高，机械性能好的特点，可以用于室温固态锂离子电池电解质，应用本发明的固态电解质的室温固态锂离子电池具有较高的充放电倍率，循环稳定性和安全性，可以用于手机、笔记本电脑、充电宝等手持式电子设备和电动汽车等设备。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有室温电导率的聚合物基质的固体电解质，以有机聚合物作为基质，在有机聚合物中均匀掺杂锂盐和无机材料颗粒，有机聚合物和锂盐的质量比为10：(1～4)，无机材料颗粒在固体电解质中的质量含量为1～50％，其中无机材料颗粒在固体电解质径向形成有序分布的链状颗粒分布形式或者带状颗粒分布形式，使无机材料颗粒在电解质界面处形成快离子通道，构成快离子导体结构。

上述有机聚合物优选采用聚环氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚环氧丙烷(PPO)、聚偏氯乙烯(PVDC)、聚碳酸乙烯酯(PEC)、聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)、聚碳酸丙烯酯(PPC)及其衍生物中的任意一种或任意几种的组合物。

上述锂盐优选采用LiClO₄、LiPF₆、LiBF₄、LiAsF₆和LiTFSI中的任意一种或任意几种的组合物。