[发明专利]一种聚合物电解质膜和固态电池

说明书

本发明提供了一种聚合物电解质膜和固态电池，聚合物电解质膜由以下方法制得：将聚氧化乙烯、表面活性剂和水混合，加热，再和锂盐混合，得到复合浆料；表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸锂、烷基磷酸酯锂、烷基硫酸锂、烷基苯磺酸锂、烷基萘磺酸锂和烷基甘油醚磺酸锂中的一种或多种；将复合浆料成膜，得到聚合物电解质膜。本发明利用表面活性剂和聚氧化乙烯基体的相互作用，形成纳米粒径的胶团，打乱PEO中聚合物链的秩序，降低PEO的结晶度，提高电解质膜制备的电池的离子电导率。另外，表面活性剂与PEO基体相互作用形成的纳米粒径的胶团，可均匀分散和稳定存在，有助于高效形成组分均一、厚度可控的聚合物电解质膜。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种聚合物电解质膜和固态电池。

背景技术

广泛应用的液态锂离子电池中，由于使用易挥发、易燃易爆的有机电解液，而面临泄露易燃等安全风险，因此，开发基于固态电解质的全固态电池，是解决上述安全隐患的根本策略。固态电解质包括无机固态电解质和聚合物固态电解质，与采用液态电解质相比，固态电解质有提高安全性能和抑制锂枝晶的优势，聚合物电解质更是有柔性和易操作等优点。其中PEO聚合物电解质因低毒性，玻璃化转变温度低，对锂盐良好的溶解能力，高的介电常数以及易操作等优点应用最为广泛。然而，由于PEO结晶度较高，导致其室温离子电导率较低(～10^-6S/cm)，因此需要进一步对其改性增加电导率。

目前针对PEO基电解质的改性主要集中于以下几种方式：(1)添加小分子增塑剂，利用聚合物链段对增塑剂的吸附和溶胀作用，可大幅提升离子电导率，制备简单，但会导致力学性能明显下降，且各组分的相容性和稳定性均有降低；(2)添加离子液体，可提升电导率，不易燃，蒸气压低，稳定性较高，但会导致力学性能下降，离子迁移率无明显提升，且价格昂贵；(3)嵌段共聚，交联，接枝等改性方法，可同时提升离子电导率和离子迁移率，同时兼顾力学性能，但制备工艺复杂，批次稳定性较差，无法达到应用要求；(4)引入不同功能组分进行共混，可提升改性后聚合物的综合性能，包括尺寸稳定性，电化学稳定性和耐热性，但对电导率无明显提升作用，且采用的物理方式混合很难提升两者的相容性；(5)添加无机活性/惰性填料，降低结晶度，同时填料表面与聚合物链及锂离子之间的相互作用、促使表面生成多个快速锂离子通道，从而提升电导率，并有效改善机械性能，但无机填料在聚合物基体中极易发生团聚，很难实现均匀分散及解决浆料沉降问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种聚合物电解质膜和固态电池，该聚合物电解质膜具有较高的离子电导率。

本发明提供了一种聚合物电解质膜，由以下方法制得：

将聚氧化乙烯、表面活性剂和水混合，加热，得到复合浆料；所述表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸锂、烷基磷酸酯锂、烷基硫酸锂、烷基苯磺酸锂、烷基萘磺酸锂和烷基甘油醚磺酸锂中的一种或多种；

将所述复合浆料成膜，得到聚合物电解质膜。

优选地，所述聚氧化乙烯和表面活性剂的质量比为1:10～20:1。

优选地，所述加热的温度为40～90℃；所述加热的时间为20～30h。

优选地，所述表面活性剂选自十二烷基苯磺酸锂、十六烷基苯磺酸锂和十六烷基萘磺酸钠的一种或多种。

优选地，所述表面活性剂由以下方法制得：

将待处理表面活性剂和盐酸质子交换后再和氢氧化锂混合，得到表面活性剂；

所述待处理表面活性剂选自脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐、烷基磷酸酯盐、烷基硫酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸盐和烷基甘油醚磺酸盐中的一种或多种。

优选地，所述加热后还包括：

将加热后得到的产物和锂盐混合，得到复合浆料。