[发明专利]一种固态聚合物电解质和全固态锂离子电池

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种固态聚合物电解质及其制备方法和全固态锂离子电池。本发明提供的一种固态聚合物电解质，包括交联聚合物和锂盐；本发明还提供了一种全固态锂离子电池，包括正电极、固态聚合物电解质和负电极，所述正电极包括正极集流体和正极材料；所述正极材料包括异氰酸酯交联剂、正极活性物质；所述负电极包括负极集流体和负极材料；所述负极材料包括异氰酸酯交联剂、负极活性物质；所述固态聚合物电解质为上述方案所述固态聚合物电解质，本发明提供的所述固态聚合物电解质具有较高的导电率和较好的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种固态聚合物电解质和全固态锂离子电池。

背景技术

锂电池具有使用寿命长、功率承受力高、高低温适应性强、绿色环保、无记忆效应和快速充放电等优点。1991年，索尼公司成功开发了商用的锂电池。由于锂电池的性能优越，被广泛应用到移动电话、笔记本和计算器等携带型电子设备中，并逐步向其它领域扩展。然而传统的液态电解质锂离子电池存在严重的安全隐患，手机电池的自燃、电动汽车电池爆炸等现象引起了人们对于电池安全的重视，研究安全性能高的电解质是现在的首要任务。

固态聚合物电解质是一种新型的电解质，能够像液态电池电解质一样，具有传输锂离子的功能，并且其暴露在空气中也不会燃烧爆炸；同时，其低自放电速率、良好的柔韧性、环境友好、可以与锂金属阳极一同使用、较高的能量密度和优异的安全性与稳定性等优点，让聚合物电解质成为了下一代能源技术研发的主要方向。

尽管固态聚合物电解质具有上述优点，但是其室温电导率低、成膜时间长和较高的界面电阻，限制了电解质的大规模应用。因此，研究一种具有高电导率、成膜时间短和低界面电阻的电解质是目前人们主要的研究目标。

公开号为CN106916308A的中国专利公开了一种锂电池固体聚合物电解质及全固态锂电池，所述固体聚合物是一种含有聚乙二醇侧链的交联聚合物，在室温及低温下能够拥有良好的循环稳定性，但是，该固体聚合物电解质与正极接触差、成膜时间长、循环容量保持率低，固态电解质的广泛应用需要解决上述的不足点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种固态聚合物电解质和全固态锂离子电池，包括所述固态聚合物电解质的全固态锂离子电池解决了固态聚合物电解质与正极接触差，电解质固化时间长，以及循环过程容量保持率低的问题，同时具有良好的室温电导率和循环容量。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种固态聚合物电解质，包括交联聚合物和锂盐，所述交联聚合物包括具有式Ⅰ和式Ⅱ所示结构单元：

其中，R₁为正丙基、环己基、异丁基或苯基；R₂为脲丙基或氨丙基；n＝9～23，m＝23～46。

优选的，所述锂盐为高氯酸锂、六氟磷酸锂或双三氟甲基磺酰亚胺锂。

优选的，所述交联聚合物的制备方法，包括以下步骤：

将硅烷、聚乙二醇和聚乙二醇单甲醚混合，进行交联聚合反应，得到所述交联聚合物；

所述硅烷包括含有R₁基团的硅烷和含有R₂基团的硅烷。

优选的，所述硅烷、聚乙二醇和聚乙二醇单甲醚的摩尔比为1:1:1。

优选的，所述交联聚合反应的反应体系的pH≥10。

优选的，所述交联聚合反应的温度为85～95℃，所述交联聚合反应的时间为2～5小时。

优选的，所述锂盐中的锂离子与所述交联聚合物中的醚氧原子的摩尔比为1：(8～20)。