一种聚合物电解质及其制备方法以及由其制备的全固态锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种聚合物电解质及其制备方法以及由其制备的全固态锂离子电池，聚合物电解质采用聚合物基体和锂盐构成，聚合物基体包括结构式中含有六面体结构的MQ硅树脂或改性MQ硅树脂，该聚合物电解质溶液经溶液浇铸、溶液流涎或挤出流涎法制得全固态电解质膜，再与正极材料、负极材料封装制得全固态锂离子电池。本发明专利技术采用MQ硅树脂或改性MQ硅树脂/锂盐组成固体电解质材料，利用聚合物中特定的六面体结构，使Si‑O键与锂离子形成配位键，有助于将锂盐锚固在六面体结构中，同时，Si‑O共轭结构还有利于电解质界面的稳定，可以有效提高锂盐在固体电解质中的含量和固体电解质材料的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物电解质及其制备方法以及由其制备的全固态锂离子电池
本专利技术是一种聚合物电解质及其制备方法以及由其制备的全固态锂离子电池，具体涉及一种基于3D笼型结构的聚合物电解质及其制备方法以及由其制备的全固态锂离子电池，属于锂离子电池材料领域。
技术介绍
传统的锂离子电池大多为基于有机液态电解质，而有机液态电解质易泄露、易挥发，在使用和贮存过程中带来很大的安全隐患，如手机等许多电子产品的爆炸大多与电池的漏液直接相关，而且液态电解质本身的高温不稳定性也导致了锂离子电池应用于高温领域的限制。目前，采用固态电解质代替液态电解质，发展全固态锂离子电池是解决锂电池安全隐患的重要方案之一。与传统的有机液体电解质相比，全固态聚合物电解质材料不仅能解决现有液态电解质所带来的安全问题，还能提高能量密度、增加循环寿命、拓宽工作温度区域，更好地满足未来电子器件轻薄、形状灵活、安全、环保的发展要求，因此受到人们的广泛重视。电解质材料是全固态锂电池技术的核心。全固态锂电池的电解质材料很大程度上决定了固态锂电池的各项性能参数，如功率密度、循环稳定性、安全性能、高低温性能以及使用寿命等。根据固态电解质材料类别，可以分为聚合物全固态锂电池和无机物全固态锂电池，不同类型的电解质其性能具有较大的差异。无机固体电解质离子电导率高，但稳定性和机械强度较弱；聚合物锂虽然离子电导率低，但电池高温工作性能好，基体柔软，容易成膜，易于加工，既可以制成薄膜型，也能制成大容量型，应用范围广，因而随着材料性能提升和制造工艺的改进，使得聚合物全固态锂电池成为最容易也是最先实现了小规模商业化生产。聚合物固体电解质（SPE）主要由聚合物基体和金属盐混合形成，由于其独特的成膜特性，有益于制备安全、质轻、高性能的绿色无污染电池。1973年Wright等第一次发现PEO和碱金属盐双组分复合物的离子导电性能，提出了聚合物电解质的概念。1979年Armand等证明了Wright的发现，并提出PEO/碱金属盐络合物可作为新型可充电电池的离子导体，提议将SPE应用于锂电池中，使聚合物电解质的研究工作进入了一个新的阶段。聚合物电解质需要具有良好的离子传导能力、电化学及热力学稳定性和较高机械强度，因为聚合物基体与锂盐的络合是电解质分子研究的基础，所以基体的选择对聚合物电解质的性能起着决定性的作用。聚合物电解质的基体一般有聚酯、聚醚、聚胺、聚硫等体系。目前聚合物电解质电导率已基本能满足电动车电源的要求，但是室温下的电导率离实际应用还尚有一定的距离。因此，如何实现其电学性能和力学性能方面的平衡仍是人们研究的重点，而利用无机—有机复合的方法，可以同时提高聚合物的电化学性能和力学性能，也是目前发展的方向之一。现有专利文献CN105762403A（基于拓扑结构聚合物电解质的全固态离子电池，2016.07.13）中公开了一种具有拓扑结构的聚合物基体和锂盐构成的聚合物电解质，利用超支化/星型聚合物独特的拓扑结构可以降低聚合物的结晶性能，可以将更多溶盐能力较好的链段引入到聚合物结构中，有利于聚合物电解质导电率的提高，也有利于聚合物电解质具有良好的溶解性及成膜性。与之相似的另一现有专利文献CN105280952A（一种复合型全固态聚合物电解质材料及其制备方法，2016.01.27）中公开了一种环氧化天然橡胶—羧基化丁晴橡胶/环氧化低聚物笼形倍半硅氧烷—端羧基化聚乙二醇/高氯酸锂复合型全固态聚合物电解质材料，其电解质材料中的环氧化低聚物笼形倍半硅氧烷—端羧基化聚乙二醇以其特有的笼状结构通过外部接枝端羧基化聚乙二醇短链形成星形聚合物，产生一定交联作用，有效降低所述复合物固体电解质膜的结晶度，由其近似球形的形态，增大了聚合物的自由体积，从而增加了锂盐在材料中的溶解度，显著提高了其室温导电率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种聚合物电解质，采用MQ硅树脂或改性MQ硅树脂/锂盐组成固体电解质材料，利用聚合物中特定的六面体结构，使Si-O键与锂离子形成配位键，有助于将锂盐锚固在六面体结构中，同时，Si-O共轭结构还有利于电解质界面的稳定，可以有效提高锂盐在固体电解质中的含量和固体电解质材料的稳定性。本专利技术的另一目的在于提供一种聚合物电解质的制备方法，采用现有溶液浇铸、溶液流涎或挤出流涎法即可制得，制得的聚合物电解质呈全固态电解质薄膜，以制备全固态锂离子电池。本专利技术的另一目的在于提供一种全固态锂离子电池，采用正极材料、MQ硅树脂或改性MQ硅树脂/锂盐组成固体电解质材料、负极材料封装而成，在工作状态时，有电场的作用时，共轭聚合物与无机半导体一样，其电导率依赖于外加电场，可观察到非欧姆电导现象，有利于锂盐的离解和载流子的迁移，可以提高聚合物电解质的离子电导率。本专利技术通过下述技术方案实现：一种聚合物电解质，所述聚合物电解质由聚合物基体和锂盐构成，聚合物基体包括结构式中含有下述结构的MQ硅树脂或改性MQ硅树脂，。所述MQ硅树脂为甲基MQ硅树脂或乙烯基MQ硅树脂；所述改性MQ硅树脂为聚醚接枝MQ硅树脂、聚酯接枝MQ硅树脂或聚丙烯酸接枝MQ硅树脂，其中，聚醚、聚酯、聚丙烯酸的链接数为1～10。所述锂盐为高氯酸锂、六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、三氟甲基磺酸锂或双三氟甲基磺酰亚胺锂中的一种。按质量百分比计，所述聚合物电解质中，聚合物基体：锂盐=5～95：95～5。所述聚合物基体还包括线性或支化聚合物，该线性或支化聚合物选自线性或支化聚醚及其共聚物、线性或支化聚苯乙烯及其共聚物、线性或支化聚丙烯酸酯类及其共聚物、线性或支化聚酰胺及其共聚物、线性或支化聚酯及其共聚物、线性或支化聚硅氧烷及其共聚物、线性或支化聚氨酯及其共聚物中的一种。按质量百分比计，所述聚合物基体中，MQ硅树脂或改性MQ硅树脂：线性或支化聚合物=0.5～90：99.5～10。一种聚合物电解质的制备方法，其特征在于：所述聚合物电解质经溶液浇铸、溶液流涎或挤出流涎法制得。采用正极材料、负极材料以及聚合物电解质封装而成，所述聚合物电解质由聚合物基体和锂盐构成，聚合物基体包括结构式中含有下述结构的MQ硅树脂或改性MQ硅树脂，。所述MQ硅树脂为甲基MQ硅树脂或乙烯基MQ硅树脂；所述改性MQ硅树脂为聚醚改性MQ硅树脂、聚酯改性MQ硅树脂或聚丙烯酸改性MQ硅树脂，其中，聚醚、聚酯、聚丙烯酸的链接数为1～10，按质量百分数计，MQ硅树脂或改性MQ硅树脂占电池电极材料的0.5～50%。所述聚合物基体还包括线性或支化聚合物，该线性或支化聚合物选自线性或支化聚醚及其共聚物、线性或支化聚苯乙烯及其共聚物、线性或支化聚丙烯酸酯类及其共聚物、线性或支化聚酰胺及其共聚物、线性或支化聚酯及其共聚物、线性或支化聚硅氧烷及其共聚物、线性或支化聚氨酯及其共聚物中的一种，按质量百分数计，线性或支化聚合物占电池电极材料的4.5～45%。所述锂盐为高氯酸锂、六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、三氟甲基磺酸锂或双三氟甲基磺酰亚胺锂中的一种，按质量百分数计，锂盐的用量占聚合物基体质量的5～95%。按质量百分数计，所述正极材料包括以下组份：60～99%的正极活性物质，其中，所述正极活性物质包括磷酸锂化合物、硅酸锂化合物、钴酸锂化合物、镍酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚合物电解质，其特征在于：所述聚合物电解质由聚合物基体和锂盐构成，聚合物基体包括结构式中含有下述结构的MQ硅树脂或改性MQ硅树脂，

【技术特征摘要】
1.一种聚合物电解质，其特征在于：所述聚合物电解质由聚合物基体和锂盐构成，聚合物基体包括结构式中含有下述结构的MQ硅树脂或改性MQ硅树脂，。2.根据权利要求1所述的一种聚合物电解质，其特征在于：所述MQ硅树脂为甲基MQ硅树脂或乙烯基MQ硅树脂；所述改性MQ硅树脂为聚醚接枝MQ硅树脂、聚酯接枝MQ硅树脂或聚丙烯酸接枝MQ硅树脂，其中，聚醚、聚酯、聚丙烯酸的链接数为1～10。3.根据权利要求1所述的一种聚合物电解质，其特征在于：所述锂盐为高氯酸锂、六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、三氟甲基磺酸锂或双三氟甲基磺酰亚胺锂中的一种。4.根据权利要求1所述的一种聚合物电解质，其特征在于：按质量百分比计，所述聚合物电解质中，聚合物基体：锂盐=5～95：95～5。5.根据权利要求1所述的一种聚合物电解质，其特征在于：所述聚合物基体还包括线性或支化聚合物，该线性或支化聚合物选自线性或支化聚醚及其共聚物、线性或支化聚苯乙烯及其共聚物、线性或支化聚丙烯酸酯类及其共聚物、线性或支化聚酰胺及其共聚物、线性或支化聚酯及其共聚物、线性或支化聚硅氧烷及其共聚物、线性或支化聚氨酯及其共聚物中的一种。6.根据权利要求5所述的一种聚合物电解质，其特征在于：按质量百分比计，所述聚合物基体中，MQ硅树脂或改性MQ硅树脂：线性或支化聚合物=0.5～90：99.5～10。7.根据权利要求1所述的一种聚合物电解质的制备方法，其特征在于：所述聚合物电解质经溶液浇铸、溶液流涎或挤出流涎法制得。8.一种全固态锂离子电池，其特征在于：采用正极材料、负极材料以及聚合物电解质封装而成，所述聚合物电解质由聚合物基体和锂盐构成，聚合物基体包括结构式中含有下述结构的MQ硅树脂或改性MQ硅树脂，。9.根据权利要求8所述的一种全固态锂离子电池，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘皓，洪山虎，陈军，
申请(专利权)人：成都晨光博达橡塑有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51