一种高性能固态电解质及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高性能固态电解质及其制备方法。所述的高电导率固态电解质，包括：锂盐以及可导锂离子的聚合物分子。本发明专利技术所述的固态聚合物电解质具有合成方法简单、室温下电导率高、与正/负极电极材料接触的界面稳定以及界面阻抗小等优点。本发明专利技术还公开了该聚合物电解质的制备方法，制备步骤为将锂盐、聚合物按照一定比例溶于溶剂中，然后将溶剂置于聚四氟乙烯模具中，在鼓风干燥箱中烘干后再经真空干燥，得到固态聚合物电解质材料。采用本发明专利技术所述的固态聚合物组装的固态锂离子电池具有良好的循环性能。步骤简单、操作方便、实用性强。

A high performance solid state electrolyte and its preparation method

The invention provides a high-performance solid electrolyte and a preparation method thereof. The high conductivity solid electrolytes include lithium salts and polymer molecules that can guide lithium ions. The solid-state polymer electrolyte described in the present invention has the advantages of simple synthesis method, high electrical conductivity at room temperature, interface stability with positive / negative electrode material contact and small interface impedance. The invention also discloses a preparation method of the polymer electrolyte. The preparation step is to dissolve the lithium salt and polymer in a solvent in a certain proportion, then put the solvent in the polytetrafluoroethylene die and dry in the blast drying box after the vacuum drying to obtain the solid polymer electrosolution material. The solid state lithium ion battery assembled by the solid-state polymer has good cycling performance. The procedure is simple, the operation is convenient, and the practicality is strong.

【技术实现步骤摘要】
一种高性能固态电解质及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池领域，特别涉及一种高性能固态电解质及其制备方法。
技术介绍
作为一类主要的电化学储能器件，锂离子电池具有能量密度高、充电速度快、自放电率低、循环寿命长以及无记忆效应等有点，在数码相机、笔记本电脑、智能手机以及手环以及谷歌眼镜等便携式电子设备上得到了广泛的应用。此外，锂离子电池在混合动力汽车和电动汽车等领域也表现出巨大的潜力。例如，依靠锂离子电池功能的特斯拉电动汽车已经实现商业化。传统锂离子电池主要由正极、负极和电解质三部分构成，其中电解质作为锂离子在正负极之间传导的通道，扮演着十分重要的角色。电解质直接影响着锂离子电池的容量、使用温度、安全性和循环性能指标。固态电解质作为一类高安全的电解质体系，具有避免电池内部短路、防止电解液泄露、不含易燃易爆成分等独特优势，表现出广阔的应用前景，使其受到了大量国内外研究者们的广泛关注。而且，固体电解质的分解电压比液体电解质高近1V，因此能够提高电池的能量密度。目前的CN106450443A公开了一种PEO基聚合物电解质的方法，将PEO、纳米氧化物、锂盐分散在乙腈中，将混合液倒在聚四氟乙烯的模具中，自然干燥，最终制备出了微米级厚度的聚合物电解质薄膜，提高了聚合物电解质的电导率；CN106410270A公开了一种碳酸酯为主链的锂单离子传导固态聚合物电解质及其制备方法，其中的M-Li+为COOLi或SO3Li等，聚合物单离子电解质具有合成简单易行、原料便宜易得、环境友好等优点。绝大多数的锂离子传导都是使用基于聚环氧乙烷(PEO)的固态聚合物电解质，它有着易结晶的缺点，导致室温离子电导率较低，所以在室温下不可用。
技术实现思路
为了克服上述不足，本专利技术提供一种高性能固态电解质及其制备方法。采用的复合型固态聚合物电解质，在室温下有着较高的离子电导率，而且可以与商业化磷酸铁锂正极有着良好的兼容性，可以形成稳定的SEI膜。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种固态聚合物电解质，所述电解质由具有导锂离子能力的聚合物和锂盐组成；其中，所述具有导锂离子能力的聚合物为聚三亚甲基碳酸酯PTMC和聚己内酯PCL的混合物。优选的，所述聚三亚甲基碳酸酯与聚己内酯的质量之比为0.05～5：1。优选的，所述电解质中锂盐的质量分数为10％～50％，具有导锂离子能力的聚合物在电解质中的质量分数为50％～90％。优选的，所述聚三亚甲基碳酸酯的分子量为0.1万～20万。优选的，所述聚己内酯的分子量为2万～12万。优选的，所述的锂盐为LiTFSI、LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiBO、LiN(CF3SO2)2中的至少一种。本专利技术还提供了一种固态聚合物电解质的制备方法，包括：在室温条件下，将锂盐、聚三亚甲基碳酸酯PTMC和聚己内酯PCL溶于乙腈或丙酮中，混合均匀，经两次干燥，即得固态电解质薄膜。优选的，所述两次干燥的具体步骤为：在鼓风干燥箱中以70℃干燥12～24h，然后转移至真空干燥箱中以60℃干燥8～16h。本专利技术还提供了一种全固态锂离子电池，由正极、负极以及位于正极和负极之间的电解质组成，电解质采用任一上述的固态聚合物电解质，正极包括：正极活性材料、集流体，导电剂以及粘结剂；负极包括负极活性材料、集流体，导电剂以及粘结剂。优选的，所述正极活性材料包括：钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、锂镍钴氧、锂镍钴锰氧、磷酸铁锰锂。本专利技术所述的固态聚合物电解质具有合成方法简单、室温下电导率高、与正/负极电极材料接触的界面稳定以及界面阻抗小等优点。本专利技术还公开了该聚合物电解质的制备方法，制备步骤为将锂盐、聚合物按照一定比例溶于溶剂中，然后将溶剂置于聚四氟乙烯模具中，在鼓风干燥箱中烘干后再经真空干燥，得到固态聚合物电解质材料。采用本专利技术所述的固态聚合物组装的固态锂离子电池具有良好的循环性能。本专利技术的有益效果(1)本专利技术所用的两种聚合物原料(聚三亚甲基碳酸酯和聚己内酯)具有可生物降解、绿色环保以及低毒性的特点。(2)本专利技术所提供的复合型聚合物电解质的制备方法具有制备工艺简单，成本低等优点。(3)本专利技术所提供的聚三亚甲基碳酸酯在室温条件下独立成膜时机械性能不理想；提供的聚己内酯在室温下为半结晶态聚合物，离子导电性不理想。本专利技术将两种聚合物混合后得到的复合型聚合物电解质具有室温下电导率高、机械性能优良、与正/负极电极材料接触的界面稳定等优点。(4)本专利技术所提供的全固态锂离子电池具有稳定的SEI膜、室温可用、循环性好等优点。(5)本专利技术制备方法简单、导电效率高、实用性强，易于推广。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1是本专利技术实施例提供的采用实施例1的固态电解质组装的锂离子电池在室温20℃的循环测试。图2是本专利技术实施例提供的采用实施例1的固态电解质组装的锂离子电池在室温20℃的充放电曲线。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中，多孔硅复合材料的制备存在工艺繁琐、加工效率低、比能量低等问题，为了解决上述问题，本专利技术提供一种金属包覆多孔硅复合物电极材料及其制备方法，下面结合具体的实施例，对本专利技术做进一步的说明。一种固态聚合物电解质，组成为：具有导锂离子能力的聚合物、锂盐；其特征在于：所述固态聚合物电解质中锂盐的质量分数为10％～50％，具有导锂离子能力的聚合物在电解质中的质量分数为50％～90％。所述的锂盐为LiTFSI、LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiBO、LiN(CF3SO2)2其中的至少一种。所述的具有导锂离子能力的聚合物为聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)和聚己内酯(PCL)的混合物。所述的聚三亚甲基碳酸酯的分子量为0.1万～20万。所述的聚己内酯的分子量为2万～12万。所述的具有导锂离子能力的聚三亚甲基碳酸酯与聚己内酯的质量之比为0.05～5：1。所述的制备方法如下：首先，在室温条件下将锂盐以及两种聚合物溶于乙腈或丙酮中，搅拌至形成均匀的溶液后转移到聚四氟乙烯模具中，然后在鼓风干燥箱中以70℃干燥12～24h，然后转移至真空干燥箱中以60℃干燥8～16h，得到固态电解质薄膜。一种全固态锂离子电池，由正极、负极以及位于正极和负极之间的电解质组成，其特征在于：电解质采用上述的固态聚合物电解质，正极包括：正极活性材料、集流体，导电剂以及粘结剂；负极包括负极活性材料、集流体，导电剂以及粘结剂。所述的全固态锂离子电池，其特征在于，所述正极活性材料包括：钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、锂镍钴氧、锂镍钴锰氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态聚合物电解质，其特征在于，所述电解质由具有导锂离子能力的聚合物和锂盐；其中，所述具有导锂离子能力的聚合物为聚三亚甲基碳酸酯PTMC和聚己内酯PCL的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种固态聚合物电解质，其特征在于，所述电解质由具有导锂离子能力的聚合物和锂盐；其中，所述具有导锂离子能力的聚合物为聚三亚甲基碳酸酯PTMC和聚己内酯PCL的混合物。2.如权利要求1所述的电解质，其特征在于，所述聚三亚甲基碳酸酯与聚己内酯的质量之比为0.05～5：1。3.如权利要求1所述的电解质，其特征在于，所述电解质中锂盐的质量分数为10％～50％，具有导锂离子能力的聚合物在电解质中的质量分数为50％～90％。4.如权利要求1所述的电解质，其特征在于，所述聚三亚甲基碳酸酯的分子量为0.1万～20万。5.如权利要求1所述的电解质，其特征在于，所述的聚己内酯的分子量为2万～12万。6.如权利要求1所述的电解质，其特征在于，所述的锂盐为LiTFSI、LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、L...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯金奎，费慧芳，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37