[发明专利]聚合物电解质组合物、聚合物电解质片及其制造方法、电化学装置用电极、聚合物二次电池

说明书

本发明提供一种聚合物电解质组合物、使用其的聚合物电解质片及其制造方法、电化学装置用电极以及聚合物二次电池。本发明的聚合物电解质组合物包含具有下述式(1)所表示的结构的离子塑性晶体、电解质盐和聚合物，式(1)中，X^－表示抗衡阴离子，R₁～R₄各自独立地表示C1～C4的烷基，R₁和R₂可以连结在一起，从而形成六元环。

技术领域

本发明涉及一种聚合物电解质组合物、聚合物电解质片及其制造方法、电化学装置用电极以及聚合物二次电池。

背景技术

锂二次电池为具有高能量密度的能量装置，并且作为用于移动电子装置和电动车辆的电源等而得到普及。目前，锂二次电池的电解质主要由有机溶剂与电解质盐组成，而有机溶剂沸点低、闪点低、易燃易挥发，极大地影响锂二次电池的安全性。例如，在18650型锂二次电池中，卷绕的电极体容纳在圆柱形电池壳内部。电极体构成为微孔隔片被夹在正极和负极之间并以漩涡状卷绕，隔片浸渍在可燃液体电解质中。对于这样的锂二次电池，如果其温度在紧急情况下突然升高，则会出现液体电解质蒸发并且内部压力升高从而导致爆裂的可能性，有时还会出现液体电解质起火的可能性。

随着锂二次电池应用领域的扩大，电池的能量密度和功率密度也不断提高，液体电解质所带来的安全隐患也日趋突出。为了解决因液体电解液而产生的安全隐患，已经在进行对全固态电池的开发。在全固态电池中，使用固态电解质来替代以往的液体电解质。固态电解质由于具有良好的机械性能和高安全性，可防止电解液泄漏，且无需隔膜，已引起广泛关注。固态电解质通常分为聚合物电解质或无机固态电解质。聚合物电解质具有安全性高、柔性好、可抑制锂枝晶生长等优点，特别是，聚合物电解质可以通过涂布聚合物溶液而容易地形成为片材。

然而，大多数聚合物电解质的室温离子电导率较低(10^-5～10^-6S/cm)，限制了其实际应用。迄今为止，人们已经采取了一些策略来提高聚合物电解质的离子电导率，例如掺杂填料、聚合物共混、共聚以及交联等，然而，离子电导率依然不够理想。

发明内容

所要解决的技术问题

最近，研究人员发现，向聚合物电解质中加入离子塑性晶体可在保持力学性能的同时，大幅提高聚合物电解质的离子电导率。离子塑性晶体通常由体积相对较大且较为对称的阳离子和结构对称或具有扩散电荷的阴离子组成，通常具有较高的熔点，且不可燃、蒸气压极低。离子塑性晶体具有高离子电导率的塑性相通常在室温下产生，非常适合作为电解质组分应用于锂二次电池等能量转化和储存器件中。

例如，合成塑性晶体N-甲基-N-乙基吡咯烷双(氟磺酰)亚胺，并将其与聚偏二氟乙烯和LiFSI电解质盐复合制备出固态聚合物电解质(Advanced Materials Technology,2017,2,1700046)。但该聚合物电解质在室温下电导率低，为10^-5S/cm的数量级。在将该聚合物电解质应用于锂二次电池时，该电池在室温下的循环性能很差，只有在50℃左右的高温时才能取得较高的放电比容量。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其主要目的在于，提供一种聚合物电解质组合物，其能够用于制造具有高室温离子电导率的聚合物电解质片，并且能够实现在室温下兼备高的放电比容量、优异的循环性能和倍率性能的聚合物二次电池。

用于解决问题的方案

为了实现上述目的，本发明的一个实施方式提供一种聚合物电解质组合物，其包含具有下述式(1)所表示的结构的离子塑性晶体、电解质盐和聚合物，

式(1)中，X^－表示抗衡阴离子，R₁～R₄各自独立地表示C1～C4的烷基，R₁和R₂可以连结在一起，从而形成六元环。