[发明专利]一种聚合物基电解质及其制备方法和固态电池

说明书

本发明涉及一种聚合物基电解质及其制备方法和固态电池，属于锂离子电池领域。该聚合物基电解质包括由第一聚合单体与第二聚合单体通过碳碳双键聚合的聚合物基体，以及分散在聚合物基体中的锂盐；所述第一聚合单体占第二聚合单体重量的0.01％～10％；所述第一聚合单体为端部具有含碳碳双键基团的聚氨酯低聚物，分子量为1000～20000；所述第二聚合单体包括丙烯酸酯类单体和碳酸酯类单体。本发明提供的聚合物基电解质，具有较高的室温离子电导率、较高的电化学窗口、较高的氧化电位，可应用于高电压三元正极材料体系中。

技术领域

本发明属于聚合物电解质领域，具体涉及一种聚合物基电解质及其制备方法和固态电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、输出电压高、无记忆效应、可循环利用、对环境友好等优点而被广泛应用。近年来，新能源汽车等领域的发展，对锂离子电池提出了更高的要求，特别是高功率、高能量密度、高安全性能的电池亟待开发。目前商业化的锂离子电池普遍采用高度易燃、易爆、易挥发的有机电解液成分，存在极高的安全隐患。采用不含任何有机液体的全固态电解质替代含有高度易燃的有机液体的电解液是解决电池安全问题的重要途径。

目前，研究较多的全固态电解质主要有聚合物基电解质、无机氧化物电解质、硫化物电解质以及有机-无机复合电解质。其中，聚合物基电解质质量轻；成膜性能优异，柔韧性好，有利于制成各种形状的柔性电池；粘弹性相对较好，有利于克服电极与电解质界面接触不良问题和电极反应过程中引起的体积变化问题；聚合物结构可进行自主设计，有利于采用化学或物理方法进行改性以满足各种用途的要求等特点而被广泛研究。聚合物基电解质在锂离子电池中的应用，能够有效地减轻电池的重量，有利于电池能量密度的提升；并且聚合物电解质的成膜性能好，易于成膜加工，有利于制成毫米及微米级别的薄膜，可以制造成薄膜电池；另外，聚合物基电解质粘弹性好，具有界面优势，不含任何易挥发的、易燃的有机液体，能够克服电池因漏液所引发的安全性问题。

公布号为CN106992311A的中国发明专利申请公开了一种全固态聚合物电解质膜及其制备方法，其是将PEO或PEO-PMMA聚合物基体和锂盐溶于有机溶剂，加入纳米填充物、增塑剂，加热搅拌，混合均匀得到粘液，然后进行溶液浇注、流延成膜。这类含有大量烷氧基链段的聚合物电解质，在室温下的结晶的比较高，室温离子电导率低(10^-6S/cm～10^-8S/cm)，电化学窗口不高(3.8V Li+/Li)，不耐高电压，无法应用于三元材料体系中，并且这类聚合物电解质机械强度不高，大大限制了其的使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚合物基电解质，以解决现有聚合物电解质的室温离子电导率低、氧化电位比较低(即不耐高电压)的问题。

本发明的第二个目的在于提供一种聚合物基电解质的制备方法，以解决现有方法制备的聚合物电解质存在的机械强度差、室温离子电导率低、不耐高电压的问题。

本发明的第三个目的在于提供一种固态电池，以解决现有固态电池的安全性差、能量密度低的问题。

为实现上述目的，本发明的聚合物基电解质的技术方案是：

一种聚合物基电解质，包括由第一聚合单体与第二聚合单体通过碳碳双键聚合的聚合物基体，以及分散在聚合物基体中的锂盐；

所述第一聚合单体占第二聚合单体重量的0.01％～10％；

所述第一聚合单体为端部具有含碳碳双键基团的聚氨酯低聚物，分子量为1000～20000；

所述第二聚合单体包括丙烯酸酯类单体和碳酸酯类单体，所述丙烯酸酯类单体如式(1)所示：

式(1)中，R₄为氢或甲基，R₅为C1～C4的烷基、C1～C4的氟代烷基或苯基，p为1～30；