[发明专利]一种对锂稳定的丁二腈基固态电解质、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种对锂稳定的丁二腈基固态电解质，由以下重量百分比的组分制成：丁二腈50‑89％、锂盐10％‑40％、成膜添加剂0.1％‑10％。本发明还公开了该对锂稳定的丁二腈基固态电解质的制备方法，包括以下步骤：S1、按重量百分比称取丁二腈、锂盐、成膜添加剂，备用；S2、将S1中称取的丁二腈加热至熔融，加入S1中称取的锂盐，搅拌8h，得到混合溶液，接着加入S1中称取的成膜添加剂，60～100℃搅拌8～12h，得到电解液，然后滴涂在多孔隔膜表面，即得到丁二腈基固态电解质。本发明还公开了该固态电解质在全固态锂电池上的应用，该固态电解质能降低固态电解质与Li片之间的界面阻抗，提高电池的性能。

技术领域

本发明涉及离子电池技术领域，具体涉及一种对锂稳定的丁二腈基固态电解质、制备方法及其应用。

背景技术

锂离子电池已广泛用作现代便携式电子设备的电源，例如笔记本电脑，手机等。然而，这些电池电解质溶剂多为易泄露有机溶剂，且溶剂易燃。为了避免此类安全问题的发生，需要替换液态电解液为不燃或不易燃的电解质。

而且锂电池电解质的实用性取决于电解质的锂离子迁移数、电化学窗口、塑晶温度范围以及对锂的稳定性。锂金属作为一种质轻(密度＝0.534g/cm³)，电位低(-3.045V vsSHE)的电极材料具有大的理论比容量，可大大提升电池的能量密度，但充放电过程中锂枝晶的生长容易刺破隔膜，造成安全隐患。因而为了提高锂离子电池的能量密度和安全性，选用固态电解质制备全固态锂离子电池已成为研究热点。

丁二腈作为一种潜在的固态电解质溶剂，分子结构中腈基的存在会导致其对金属锂不稳定，即发生金属锂催化腈聚合的副反应，从而限制了腈类溶剂在锂金属电池中的应用，近年来，研究者们尝试了多种改性方法，试图制备高对锂稳定性丁二腈基固态电解质，以用于锂金属电池。常用的方法有掺杂共溶剂(如FEC、EC等)得到双溶剂体系，掺杂盐(如LiTFSI等)得到双盐体系，或者掺杂惰性氧化物(如功能化二氧化硅等)试图将腈基固定于惰性基质表面，限制其反应。然而这些工作可能导致电解质丧失了固态特性，或对锂稳定性能的改善程度并不理想。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种对锂稳定的丁二腈基固态电解质、制备方法及其应用。

本发明的第一个目的是提供一种对锂稳定的丁二腈基固态电解质，由以下重量百分比的组分制成：丁二腈50-89％、锂盐10％-40％、成膜添加剂0.1％-10％。

优选的，锂盐为无机锂盐、有机锂盐中的一种或两种。

优选的，无机锂盐为高氯酸锂(LiClO₄)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、六氟磷酸锂(LiPF₆)、三氟甲磺酸锂(LiCF₃SO₃)、硝酸锂(LiNO₃)中的一种。

优选的，有机锂盐为二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiN(CF₃SO₂)₂)、二草酸硼酸锂(C₄BLiO₈)、二氟草酸硼酸锂(LiBF₂C₂O₄)、双腈胺锂(LiDCA)中的一种。

优选的，成膜添加剂为有机成膜添加剂、无机成膜添加剂中的一种。

优选的，有机成膜添加剂为亚硫酸酯类、磺酸酯、含亚乙烯基的有机不饱和化合物、有机硼化物中的一种。

优选的，无机成膜添加剂为CO₂气体、SO₂气体、碳酸锂中的一种。

本发明的第二个目的是提供一种上述对锂稳定的丁二腈基固态电解质的制备方法，包括以下步骤：