[发明专利]一种固态聚合物复合电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种固态聚合物复合电解质，主要由聚环氧乙烷、锂盐和准一维无机快离子导体组成，聚环氧乙烷与锂盐的摩尔比为(15～20)：1，聚环氧乙烷与准一维无机快离子导体的质量比为100：(1～20)。本发明的制备方法：(1)将准一维无机快离子导体加入到锂盐溶液中搅拌，分散均匀；(2)将聚环氧乙烷粉末加入到步骤(1)后的溶液中搅拌，分散均匀；(3)将步骤(2)后的混合溶液涂在成膜基体上，干燥，得到复合电解质。采用本发明固态聚合物复合电解质的固态二次锂电池具有良好的循环、倍率等性能，同时具有良好的库伦效率和容量保持率。

技术领域

本发明属于电池材料领域，尤其涉及一种固态聚合物复合电解质及其制备方法和应用。

背景技术

由于环境污染、能源短缺等问题的日益严重，为了减小对环境的污染和对化石燃料的依赖，世界各国开始对更安全、更环保的新能源领域提出更高的要求。随着新能源汽车的发展和便携式电子设备的普及，作为动力电池则要求电池具有更小的尺寸、更轻的质量和更高的安全性。锂离子电池由于质量轻、工作电压高而优于其他二次电池，从而被认为是动力电池的最佳选择。

当前，商业化锂离子电池所使用的电解质大多数为有机电解液，使用有机电解液的锂离子电池在使用过程中存在漏液等安全隐患；同时，采用有机电解液的电池在高温时也存在一定的安全隐患。因此固态聚合物复合电解质恰好可以弥补液态电解质的不足，不仅不会存在漏液问题，而且具有耐高压、比容量高、无记忆效应和环保无污染等优势；同时，在实际应用中还具有良好的机械性能和柔韧性，易于加工，因此固态聚合物复合电解质成为国内外的研究热点。

聚环氧乙烷(PEO)由于其界面润湿性较好，成膜容易等优点而成为研究较早的固态聚合物电解质材料，但是PEO单纯和锂盐形成的聚合物电解质室温下的离子电导率较低，结晶度较高，且机械性能较差，不适宜直接用于电池。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种固态聚合物复合电解质及其制备方法和应用

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种固态聚合物复合电解质，主要由聚环氧乙烷、锂盐和准一维无机快离子导体组成，其中，所述聚环氧乙烷与锂盐的摩尔比为(15～20)：1，所述聚环氧乙烷与准一维无机快离子导体的质量比为100：(1～20)。

上述的复合电解质，优选的，所述准一维无机快离子导体为锂镧钛氧纳米线，直径在500nm左右，呈纤维状。锂镧钛氧纳米线，是一种钙钛矿型锂离子导体，其表面区域具有丰富的空位，锂离子可以通过替换附近空位而跳跃，同时在聚合物电解质中可以形成长距离的连续离子传输途径，显著地减少了结的交叉，可以为锂离子的迁移提供额外的位置和途径，使锂离子迁移更容易、更快；另外因为锂镧钛氧纳米线具有较大的比表面积，因此无需加入过多的快离子导体来提高离子电导率。而传统颗粒状快离子导体比表面积小，则需要向聚合物电解质中加入大量的快离子导体来提升电导率，而加入过多的快离子导体则会容易引起团聚和聚沉，且降低了电解质的柔韧性，造成较大的界面电阻，因此本发明采用准一维的锂镧钛氧更有利于实现电解质性能的提高。

上述的复合电解质，优选的，所述的锂镧钛氧纳米线的分子式为Li_0.33La_0.557TiO₃。

上述的复合电解质，优选的，所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂、高氯酸锂、六氟磷酸锂中的一种或其中几种的混合。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的复合电解质的制备方法，包括以下步骤：

(1)将准一维无机快离子导体加入到锂盐溶液中搅拌，分散均匀；

(2)将聚环氧乙烷粉末加入到步骤(1)后的溶液中搅拌，分散均匀；