[发明专利]聚合物电解质、固态电解质膜及锂离子电池

说明书

本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及聚合物电解质、固态电解质膜及锂离子电池。本发明的聚合物电解质，包括如式I所示的重复单元。其制备方法为：甘油醚和六甲基二硅氮烷反应，得到硅甲基化合物；在惰性气体环境中，所述硅甲基化合物与四甲氧基硼锂在有机溶剂中反应，得到包括如式I所示的重复单元的聚合物电解质。所述聚合物电解质和粘结剂构成固态电解质膜，可用于锂离子电池中。所述聚合物电解质，其主链为柔性可伸展的脂肪族链段，杂化的硼离子被固定在主链上，锂离子可与自由有利或者产所，有利于锂离子迁移率的提升以及锂离子利用率的提高。所述聚合物电解质用于锂离子电池时，热稳定性较好，电化学窗口宽、高温循环性能及充放电效率稳定。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及聚合物电解质、固态电解质膜及锂离子电池。

背景技术

全固态锂电池是相对液态锂电池而言，是指结构中不含液体，所有材料都以固态形式存在的储能器件。具体来说，它由正极材料、负极材料和固态电解质组成。其中，电解质材料是影响整体电池安全稳定性的重要因素。

固态电解质分为无机固体电解质和聚合物电解质。聚合物电解质由于其较低的弹性模量更适用在多形态的电池中，其制备过程简单、而且成本低，从而备受关注。

现有的聚合物电解质主要包括：(1)离子液体聚合物类聚合物电解质，这类电解质是由含有预聚合单元的离子液体和小分子锂盐经过聚合之后形成的含小分子锂盐的聚合物复合物。目前该技术方案主要集中于聚阳离子型离子液体聚合物；(2)含氧化乙烯链段类聚合物电解质，这类电解质是以含氧化乙烯链段作为导电单元的一类聚合物，如PEO等；其中往往含有小分子锂盐，如：LiTFSI、LiFSI等。其与离子液体聚合物类聚合物固态电解质的主要区别是聚合物链中基本上不含有离子片段。上述现有的聚合物固态电解质中，由于离子液体聚合物和含氧化乙烯链段的聚合物的玻璃化转变温度普遍较高，会导致聚合物链段运动较弱，进而离子迁移慢、电导率低；同时由于在聚合物电解质中同时会存在有机阳离子、阴离子以及小分子锂盐的阴离子，其在电场的作用下也会发生离子迁移，因而Li⁺迁移数较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种聚合物电解质、固态电解质膜及锂离子电池，所述聚合物电解质用于锂离子电池后，改善了锂离子迁移率，电化学窗口宽、高温循环性能及充放电效率稳定。

本发明提供了一种聚合物电解质，包括如式I所示的重复单元：

所述聚合物电解质的数均分子量为1000～2000。

本发明提供了一种聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：甘油醚和六甲基二硅氮烷反应，得到硅甲基化合物；

步骤S2：在惰性气体环境中，所述硅甲基化合物与四甲氧基硼锂在有机溶剂中反应，得到包括如式I所示的重复单元的聚合物电解质；

所述聚合物电解质的数均分子量为1000～2000。

优选地，所述步骤S1中，反应的温度为100～150℃，所述反应的时间为8～15小时。

优选地，所述步骤S1中，甘油醚和六甲基二硅氮烷的摩尔比为1:2～1:5。

优选地，所述步骤S2中，所述反应的温度为40～50℃，所述反应的时间为3～5天。

优选地，所述步骤S2中，还包括：所述反应后，依次经过有机溶剂洗涤，50～60℃条件下真空干燥20～30小时以及纯化，得到包括如式I所示的重复单元的聚合物电解质。

本发明提供了一种固态电解质膜，包括上述技术方案所述的聚合物电解质和粘结剂。