[发明专利]聚合物复合固态电解质制备方法及聚合物复合固态电解质

说明书

本发明提供了一种聚合物复合固态电解质的制备方法及聚合物复合固态电解质，可用于全固态锂电池，其中，该制备方法包括：制备不同孔结构的聚丙烯腈多孔膜基体材料；将不同孔结构的聚丙烯腈多孔膜基体材料进行碱处理反应，得到功能化聚丙烯腈多孔膜基体材料；将功能化聚丙烯腈多孔膜基体材料与无机组分进行复合，得到可用于全固态锂电池的聚合物复合固态电解质。

技术领域

本发明属于锂电材料制备技术领域，尤其涉及一种可用于全固态锂电池的聚合物复合固态电解质制备方法及聚合物复合固态电解质。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、输出功率大、电压高、自放电小、工作温度范围宽、无记忆效应和环境友好等优点，现已成为最重要的能源存储器件之一，被广泛应用于电动车、轨道交通、大规模储能和航空航天等领域。采用液态电解液的传统液态锂离子电池存在易泄漏、易挥发、易燃烧等安全隐患，且电解液在充放电过程中容易和电极发生副反应、高电压下会分解产气，导致电池容量出现不可逆衰减。此外，目前采用石墨负极的液态锂离子电池的能量密度再难以提升。金属锂作为负极材料具有更高的能量密度，但是液态锂离子电池无法使用，因为锂电极表面不均匀的锂沉积会导致锂枝晶的生长，最终刺穿隔膜造成电池内部短路、热失控甚至起火爆炸。

固态电解质可以避免液态有机电解液带来的一系列安全隐患以及锂枝晶刺穿隔膜的问题，可以极大的提高电池的安全性；除此之外，固态电解质的宽电化学窗口可以允许锂金属负极和高电压正极材料的同时使用，最终可以有效提升电池能量密度。兼具高安全性和高能量密度的全固态锂金属电池被认为是最具发展潜力的下一代锂电池技术。

全固态锂电池的电芯是由固态电极和固态电解质材料构成，电芯在工作温度范围内，不含有任何质量和体积分数的液态电解质。而固态电解质作为全固态锂电池的核心组分，是制备高能量密度、高循环稳定性和高安全性能全固态锂电池的关键材料。因此开发出性能优异的固态电解质已经成为研究者们的关注重点。

通常，固态电解质分为无机固态电解质和聚合物固态电解质两大类。常用的聚合物固态电解质通常是由具有极性基团如-O-，＝O，-N-，-S-，C＝O，C≡N等的极性高分子和锂盐络合后通过溶液浇筑法制得的，具有较好的柔性和加工性能、安全性能高、制备容易。

但是聚合物固态电解质适用范围相对狭窄、电极与电解质界面不够稳定、缺乏力学性能支撑及高分子固体电解质易结晶，更重要的一点，几乎所有的聚合物电解质都存在室温电子导电率相对较低、锂离子迁移数低等问题。聚合物固态电解质的这些不足使得大容量电池会因受到界面处化学反应和局部温度升高等因素的影响，导致电解质发生变化，进而加大界面电阻，最终出现断路问题，限制了其应用可行性。

无机固态电解质的典型种类为氧化物型和硫化物型固态电解质。硫化物固态电解质离子电导率较高，但其在空气中不稳定；氧化物固态电解质虽然稳定性较高，但也存在其他因素限制其应用，例如，对空气中的水分和CO₂敏感，与电极接触时界面相容性差，制备工艺复杂难以大规模生产。

发明内容

有鉴于此，为了能够兼顾无机固态电解质的高离子电导率和聚合物电解质的柔韧性，本发明提供了一种聚合物复合固态电解质制备方法及聚合物复合固态电解质，以此克服上述至少之一存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种聚合物复合固态电解质制备方法及聚合物复合固态电解质，可用于全固态锂电池，其中，该制备方法包括：制备不同孔结构的聚丙烯腈多孔膜基体材料；将不同孔结构的聚丙烯腈多孔膜基体材料进行碱处理反应，得到功能化聚丙烯腈多孔膜基体材料；将功能化聚丙烯腈多孔膜基体材料与无机组分进行复合，得到可用于全固态锂电池的聚合物复合固态电解质。

根据本发明的实施例，其中，聚丙烯腈多孔膜基体材料利用非溶剂热致相分离方法和双向拉伸方法制备。