[发明专利]一种低温柔性聚合物固态电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种低温柔性聚合物固态电解质及其制备方法和应用，低温柔性聚合物固态电解质膜以二次交联法制备，即将多羟基有机化合物先与分子量相对较大的交联剂进行一次交联反应，再与分子量相对较小的交联剂进行二次交联反应，所得二次交联体与碱金属盐复合，即得；该制备方法操作简单，成本低，制备出的电解质膜具有室温/低温离子电导率高，机械性能好等优点。该膜应用于全固态锂、钠或钾电池，在室温/低温环境下皆具有容量高，循环性能好等特点，开拓了全固态电池在低温环境下的应用领域。

技术领域

本发明涉及一种全固态电池固体电解质，具体涉及一种低温柔性聚合物固态电解质，及其制备方法和在全固态电池中的应用，可以获得在零度以下(-20℃)温度下可正常工作的全固态电池电解质，属于全固态电池材料制备技术及应用领域。

技术背景

锂离子电池作为一种新型的绿色储能设备，自1991年投入市场以来，以其能量密度高，使用寿命长等优点，已经在手机，笔记本电脑等3C领域以及新能源动力汽车领域得到广泛的应用。然而传统锂离子电池以碳酸脂类溶液作为电解质，其毒性、可燃性成为阻碍锂离子电池应用发展的一个严重的安全因素，此外，液态电解质的流动性也使锂离子电池需要笨重的外壳包裹。因此能量密度高、价格低廉、安全性能优、轻巧便携的锂离子电池材料及系统已然成为锂离子电池行业的未来发展方向。

固态电解质的出现满足了人们对锂电材料便携性与安全性的期望，然而传统无机固态电解质非常硬且脆，难以做成可穿戴式的电池；而传统PEO基聚合物电解质一直难以攻破室温电导率低的难题，难以运用在实际生活中。中国专利(公开号CN107069082A)以糖类作为聚合物电解质的材料，降低电解质的制备成本，并且获得有良好室温离子电导率的电解质，但其在室温(25℃)以下，脆性明显增加，导电率下降，不利于室温以下温度长期工作使用。

发明内容

针对现有固体电解质在低温下性脆，导电率低等技术问题，本发明的第一个目的在于提供一种在室温以下的低温环境中离子电导率高，机械性能好的柔性聚合物固态电解质。

本发明的第二个目的在于提供一种低温柔性聚合物固态电解质的制备方法，该方法具有操作步骤简单、制备成本低等优点。

本发明的第三个目的是在于提供所述低温柔性聚合物固态电解质的应用，将其用于全固态电池(包括锂、钠或钾全固态电池)，可以获得柔性好，且在低温环境下能稳定工作的全固态电池。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种低温柔性聚合物固态电解质的制备方法，该方法是将多羟基有机化合物先与交联剂A进行一次交联反应，所得一次交联体与交联剂B进行二次交联反应，所得二次交联体与碱金属盐复合，即得；其中，交联剂A与交联剂B的分子量之比在10以上。

本发明利用分子量不同的两种交联剂依次交联多羟基化合物，先利用较大分子量的交联剂进行预交联，有利于交联形成稳定的网状结构；再利用分子量小的交联剂进一步交联，主要是用于消耗多羟基分子上的剩余羟基，大量实验表明这些剩余羟基是有机聚合物电解质低温性脆的主要原因之一，进一步交联后可以提高有机聚合物电解质的低温柔性，同时，进一步交联后可以减少氢键，增加柔性醚链，从而增加聚合物链段活动性从而提高离子电导率。本发明通过利用两种不同分子量的交联剂先后与多羟基化合物进行交联，可以制备出低温(-20℃)离子电导率高、机械性能好的聚合物柔性固态电解质，对于全固态电池在现实生活中的应用具有重要意义。

优选的方案，所述多羟基有机化合物选择范围较广如天然的糖类，如葡萄糖、蔗糖等，或者以糖为单元构成的聚合物，如纤维素、淀粉等，也可以是多元醇化合物，如甘油等。