一种聚合物固态电解质和固态电池制造技术

本公开提供了一种聚合物固态电解质和固态电池，本公开的聚合物固态电解质包括阴离子型离子液体聚合物和锂盐，通过选取配位能力较弱的全氟磺酰亚胺离子作为阴离子型离子液体聚合物的阴离子中心，其对于Li

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物固态电解质和固态电池
本公开涉及聚合物电解质领域，具体地，涉及一种聚合物固态电解质和固态电池。
技术介绍
聚合物电解质由聚合物和锂盐复合而成，聚合物锂离子电池可以避免传统锂离子电池中的有机液体电解质在使用过程中容易发生漏液和爆炸的缺陷，具有可塑性灵活、体积小、安全性能好和可大规模工业化生产等优点，因此受到人们广泛的关注。但现有的聚合物电解质室温电导率较低，无法满足应用要求。离子液体室温下通常为液态，并且具有黏度低、不挥发、不燃烧、毒性小、室温电导率高及电化学窗口宽等特点，因此离子液体适合作为电池的电解质，并且离子液体作为电解质的锂离子电池的安全性较有机电解质电池要高，但是现有的离子液体锂离子电池无法满足电池向轻量化、薄膜化及形状任意化发展的方向。因此，将离子液体和聚合物相结合，制备固态离子液体聚合物是提高聚合物电解质的电导率及锂离子电池安全性和稳定性的重要途径。现有的聚合物固态电解质主要包括：(1)离子液体聚合物类聚合物固态电解质，这类电解质是由含有预聚合单元的离子液体和小分子锂盐经过聚合之后形成的含小分子锂盐的聚合物复合物。目前该技术方案主要集中于聚阳离子型离子液体聚合物；(2)含氧化乙烯链段类聚合物固态电解质，这类电解质是以含氧化乙烯链段作为导电单元的一类聚合物，如PEO等；其中往往含有小分子锂盐，如：LiTFSI、LiFSI等。其与离子液体聚合物类聚合物固态电解质的主要区别是聚合物链中基本上不含有离子片段。上述现有的聚合物固态电解质中，由于离子液体聚合物和含氧化乙烯链段的聚合物的玻璃化转变温度普遍较高，会导致聚合物链段运动较弱，进而离子迁移慢、电导率低；同时由于在聚合物电解质中同时会存在有机阳离子、阴离子以及小分子锂盐的阴离子，其在电场的作用下也会发生离子迁移，因而Li+迁移数较低。
技术实现思路
本公开的目的是提供一种聚合物固态电解质，该聚合物固态电解质可以解决现有的聚合物固态电解质离子迁移慢、电导率低的技术问题。为了实现上述目的，本公开提供一种聚合物固态电解质，该聚合物固态电解质包括阴离子型离子液体聚合物和锂盐；其中，所述阴离子型离子液体聚合物的结构单元包括选自如下式(1)-式(3)所示结构单元中的任意一种：式(1)-(3)中，Z各自独立地为单键、CmH2m、CmF2m、(CH2CH2O)m、(OCH2CH2)m、W各自独立地为k各自独立地为1-5的整数，m各自独立地为1-20的整数；X各自独立地为CqH2q或CqF2q，q各自独立地为1-10的整数；Rf为ChF2h+1，h为0-10的整数；Rf1、Rf2和Rf3各自独立地为CiH2i+1或CiF2i+1，i为0-10的整数；阳离子具有如下式(4)-式(10)所示结构中的任意一种：其中，R1、R2、R3和R4各自独立地选自CjH2j+1或(CH2CH2O)jCH3，j各自独立地为1-10的整数；n的取值使得所述阴离子型离子液体聚合物的分子量为1万-50万。本公开还提供上述聚合物固态电解质在制备固态电池的用途。本公开还提供一种固态电池，该固态电池包括正极片、负极片和电解质层，所述电解质层含有上述的聚合物固态电解质。通过上述技术方案，本公开的聚合物固态电解质包括阴离子型离子液体聚合物和锂盐，通过选取配位能力较弱的全氟磺酰亚胺离子作为阴离子型离子液体聚合物的阴离子中心，其对于Li+的束缚能力较小，有利于聚合物固态电解质的电导率和Li+迁移数的提高；阴离子型离子液体聚合物与小分子锂盐复合后形成的离子液体-聚离子液体复合物具有微液相结构，可以进一步提升聚合物固态电解质的电导率和Li+迁移数。本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：图1是本公开的一种具体实施方式中固态电池的结构示意图。图2是本公开的一种具体实施方式中固态电池的正极片的微观结构示意图。附图标记说明1正极片2负极片3电解质层具体实施方式以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。本公开提供一种聚合物固态电解质，该聚合物固态电解质包括阴离子型离子液体聚合物和锂盐；其中，所述阴离子型离子液体聚合物的结构单元包括选自如下式(1)-式(3)所示结构单元中的任意一种：式(1)-(3)中，Z各自独立地为单键、CmH2m、CmF2m、(CH2CH2O)m、(OCH2CH2)m、W各自独立地为k各自独立地为1-5的整数，m各自独立地为1-20的整数；X各自独立地为CqH2q或CqF2q，q各自独立地为1-10的整数；Rf为ChF2h+1，h为0-10的整数；Rf1、Rf2和Rf3各自独立地为CiH2i+1或CiF2i+1，i为0-10的整数；阳离子具有如下式(4)-式(10)所示结构中的任意一种：其中，R1、R2、R3和R4各自独立地选自CjH2j+1或(CH2CH2O)jCH3，j各自独立地为1-10的整数；n的取值使得所述阴离子型离子液体聚合物的分子量为1万-50万。本公开的聚合物固态电解质包括阴离子型离子液体聚合物和锂盐，通过选取配位能力较弱的全氟磺酰亚胺离子作为阴离子型离子液体聚合物的阴离子中心，其对于Li+的束缚能力较小，有利于聚合物固态电解质的电导率和Li+迁移数的提高；阴离子型离子液体聚合物与小分子锂盐复合后形成的离子液体-聚离子液体复合物具有微液相结构，可以进一步提升聚合物固态电解质的电导率和Li+迁移数。根据本公开，所述锂盐可以为本领域技术人员所熟知的种类，本专利技术不做特别的要求，只要满足锂盐中的Li+可以解离即可，例如，锂盐可以为选自如LiBF3RF所示的全氟烷基三氟硼酸锂、如LiPF5RF所示的全氟烷基五氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂和如(RFSO2)2NLi所示的双全氟烷基磺酰亚胺锂；其中，RF为CpF2p+1，p各自独立地为0-10的整数。具体地，锂盐可以为选自四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂和双(氟磺酰)亚胺锂中的至少一种。上述种类的锂盐Li+易解离，有利于进一步提高Li+迁移数。根据本公开，作为上述阴离子型离子液体聚合物的具体例子，可以为选自如下式(11)-式(44)所示结构中的任意一种：根据本公开，聚合物固态电解质中阴离子型离子液体聚合物和锂盐的含量可以在很大范围内变化，优选情况下，阴离子型离子液体聚合物和锂盐的重量比可以为1：(0.01-9)。上述含量范围内的阴离子型离子液体聚合物和锂盐容易复合形成离子液体-离子液体聚合物复合物的微液相结构，有利于提高电导率和Li+迁移数。聚合物固态电解质的制备方法可以为本领域技术人员所熟知的制备方法，例如，可以按照以下步骤制备聚合物固态电解质：(1)使所述聚合物离子液体与锂盐在溶剂中溶解并混合均匀，得到电解质溶液；(2)使所述电解质溶液均匀分散在特氟龙板上并使所述溶剂挥发，得到聚合物固态电解质。其中，溶剂可以为选自乙腈、二甲基亚砜、四氢呋喃和N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。其中，为了降低环境杂质的影响，进一步提高聚合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物固态电解质，其特征在于，所述聚合物固态电解质包括阴离子型离子液体聚合物和锂盐；其中，所述阴离子型离子液体聚合物的结构单元包括选自如下式(1)‑式(3)所示结构单元中的任意一种：

【技术特征摘要】
1.一种聚合物固态电解质，其特征在于，所述聚合物固态电解质包括阴离子型离子液体聚合物和锂盐；其中，所述阴离子型离子液体聚合物的结构单元包括选自如下式(1)-式(3)所示结构单元中的任意一种：式(1)-(3)中，Z各自独立地为单键、CmH2m、CmF2m、(CH2CH2O)m、(OCH2CH2)m、W各自独立地为k各自独立地为1-5的整数，m各自独立地为1-20的整数；X各自独立地为CqH2q或CqF2q，q各自独立地为1-10的整数；Rf为ChF2h+1，h为0-10的整数；Rf1、Rf2和Rf3各自独立地为CiH2i+1或CiF2i+1，i为0-10的整数；阳离子具有如下式(4)-式(10)所示结构中的任意一种：其中，R1、R2、R3和R4各自独立地选自CjH2j+1或(CH2CH2O)jCH3，j各自独立地为1-10的整数；n的取值使得所述阴离子型离子液体聚合物的分子量为1万-50万。2.根据权利要求1所述的聚合物固态电解质，其特征在于，所述锂盐为选自如LiBF3RF所示的全氟烷基三氟硼酸锂、如LiPF5RF所示的全氟烷基五氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂和如(RFSO2)2NLi所示的双全氟烷基磺酰亚胺锂；其中，RF为CpF2p+1，p各自独立地为0-10的整数。3.根据权利要求2所述的聚合物固态电解质，其特征在于，所述锂盐为选自四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂和双(氟磺酰)亚胺锂中的至少一种。4.根据权利要求1所述的聚合物固态电解质，其特征在于，所述阴离子型离子液体聚合物的结构为选自如下式(11)-式(44)所示结构中的任意一种：5.根据权利要求1-4中任意一项所述的聚合物固态电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋威，谢静，马永军，易观贵，历彪，郭姿珠，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44