[发明专利]一种改性的聚己内酯基聚合物固态电解质及其制备方法与全固态金属锂电池

说明书

本发明公开了一种改性的聚己内酯基聚合物固态电解质及其制备方法与全固态金属锂电池。该固态电解质，按重量分数计，包括60‑80％的高分子聚合物基体、10‑20％的锂盐和5‑20％的离子液体；所述高分子聚合物基体为聚己内酯类化合物。本发明的固态电解质具有良好的机械性能、高室温离子电导率、良好的热稳定性和电化学稳定性，此外，通过离子液体改性后的聚己内酯基聚合物电解质还能与锂金属负极原位发生化学反应形成稳定的界面层，该界面层可以有效的抑制锂枝晶的生长。该离子液体改性的聚己内酯基聚合物电解质可用于柔性全固态锂金属电池、可穿戴电子设备，以及使用高容量和高功率全固态动力锂电池的电动车辆等领域。

技术领域

本发明属于固态电解质领域，特别涉及一种改性的聚己内酯基聚合物固态电解质及其制备方法与全固态金属锂电池。

背景技术

锂离子二次电池自1991年由日本索尼公司首次实现商业化生产以来，已被广泛的应用于移动电话、电动汽车、笔记本电脑照相机等领域。近年来，随着电动汽车的快速发展，储能领域对锂电池的能量密度及安全性能提出更高的要求。然而，传统的锂离子电池所广泛使用的有机液态电解液存在易燃、易挥发、易爆炸等一系列的安全性隐患限制了锂离子电池能量密度的进一步提升。全固态电池使用安全性更高的固态电解质取代传统的有机液态电解液，极大的提升了锂电池的安全性能。同时，全固态电池安全性能的提升为锂金属负极的使用提供了可能。因此，基于锂金属负极的全固态锂电池具高安全性和高能量密度，被视为最理想的下一代储能设备。

固态电解质材料作为全固态电池最为关键的材料近年来得到广泛的关注。其中，聚合物电解质具有质量轻、柔韧性好、电化学窗口宽、易加工成型等优点，成为目前使用较多的固态电解质材料。但传统的聚合物电解质一直难以突破室温电导率低的难题，难以满足实际应用需求；同时，在聚合物全固态电池中，锂枝晶的生长容易刺穿电解质膜导致电池短路、容量衰减等问题。因此，该类复合固态电解质所组装的全固态锂金属电池存在难以满足实际应用的需求。开发具有高室温离子电导率和良好的锂枝晶抑制能力的聚合物固态电解质是实现全固态锂金属电池应用亟待解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述不足之处，本发明的目的在于提供一种改性的聚己内酯基聚合物固态电解质及其制备方法与全固态金属锂电池。该制备方法简单、可重复性高，制备的固态电解质具有较高离子电导率和良好正负极稳定性。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种改性的聚己内酯基聚合物固态电解质，按重量分数计，包括60-80％的高分子聚合物基体、10-20％的锂盐和5-20％的离子液体；所述高分子聚合物基体为聚己内酯类化合物。

优选的，所述改性的聚己内酯基聚合物固态电解质，按重量分数计，包括65-75％的聚己内酯基聚合物基体、11-16％的锂盐和5-16.6％的离子液体。

优选的，所述聚己内酯类化合物为聚己内酯、聚己内酯一元醇、聚己内酯二元醇和聚己内酯三元醇中的一种或多种。

优选的，所述聚己内酯类化合物的分子量为2-8万。

优选的，所述离子液体为1-正丁基-1-甲基吡咯烷二(三氟甲基磺酰)酰亚胺(BMP-TFSI)、N-丙基-N-甲基吡咯烷双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐(Py₁₃TFSI)和N-己基吡啶双(三氟甲烷磺酰)亚胺([Hpy]NTF2)中的一种或多种。

优选的，所述锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺(LiTFSI)、三氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、六氟磷酸锂(LiPF₆)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、高氯酸锂(LiClO₄)中的一种或多种。

以上所述的一种改性的聚己内酯基聚合物固态电解质采用溶液浇筑法或热压法制备。

以上所述的一种改性的聚己内酯基聚合物固态电解质的制备方法，包括以下步骤：