一种固态聚合物电解质及包括该固态聚合物电解质的锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种固态聚合物电解质及包括该固态聚合物电解质的锂离子电池；所述固态聚合物电解质中包括聚合物和锂盐，所述聚合物中含有丙烯酸酯和聚醚类硼酸酯、聚醚类铝酸酯或聚醚类磷酸酯结构，所述聚合物具有梳状结构；所述固态聚合物电解质与聚氧化乙烯PEO聚合物电解质相比，具有更高的电导率、更高的锂离子导通性、更好的力学性能、更高的电池循环性能、更高的电化学窗口，具有一定的应用潜力。具有一定的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种固态聚合物电解质及包括该固态聚合物电解质的锂离子电池


[0001]本专利技术涉及二次电池
，尤其涉及一种固态聚合物电解质及包括该固态聚合物电解质的锂离子电池。

技术介绍

[0002]因为锂离子电池具有能量密度高，循环寿命长，自放电率小，绿色环保等优点，其已广泛用于储能领域、动力汽车、笔记本电脑、手机、摄影机等消费电子产品。但是，目前限制锂离子电池发展的主要是能量密度和安全性。而固态电池作为最接近实际应用的下一代锂离子电池，具有良好的应用潜力。
[0003]固态电池主要由固态正极、固态电解质和固态负极组成，固态电解质作为阻隔固态正负极和传导锂离子作用，一直是固态电池的核心材料。固态电解质目前主要分为聚合物电解质、氧化物电解质、硫化物电解质和氢化物电解质。氧化物电解质存在固固界面较差、材料易脆、加工难度大等问题；硫化物电解质存在固固界面差、成本高、材料稳定性差等问题；氢化物电解质存在与高能量密度正极相容性差、材料不够成熟等问题。聚合物电解质具有柔韧性好、加工难度低且密度较低等优点，在动力电池领域具有良好的应用潜力。
[0004]但是，常规的聚合物电解质主要以聚氧化乙烯(PEO)为代表，而聚氧化乙烯材料存在一定的结晶性、不耐高电压、电导率低等问题。这严重限制了固态电解质的发展。

技术实现思路

[0005]为了改善现有技术的不足，本专利技术提供一种固态聚合物电解质及包括该固态聚合物电解质的锂离子电池；所述固态聚合物电解质中包括聚合物和锂盐，所述聚合物中含有丙烯酸酯和聚醚类硼酸酯、聚醚类铝酸酯或聚醚类磷酸酯结构，所述聚合物具有梳状结构；所述固态聚合物电解质与聚氧化乙烯PEO聚合物电解质相比，具有更高的电导率、更高的锂离子导通性、更好的力学性能、更高的电池循环性能、更高的电化学窗口，具有一定的应用潜力。
[0006]本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：
[0007]一种固态聚合物电解质，所述固态聚合物电解质包括聚合物和锂盐，所述聚合物包括如下式1所示的重复单元：
[0008][0009]式1中，R1选自H或C
1-6
烷基；R2为连接基团；R3为封端基团；M选自硼酸酯链段、铝酸酯链段或磷酸酯链段；*表示连接端。
[0010]根据本专利技术，R1选自H或C
1-3
烷基；如R1选自H或甲基。
[0011]根据本专利技术，R3选自H、OH或COOH。
[0012]根据本专利技术，所述聚合物具有梳状结构。
[0013]根据本专利技术，所述硼酸酯链段具有式2或式3所示结构单元：
[0014][0015][0016]式2和式3中，*表示连接端，n为聚合度。
[0017]根据本专利技术，所述铝酸酯链段具有式4所示结构单元：
[0018][0019]式4中，*表示连接端，m为聚合度。
[0020]根据本专利技术，所述磷酸酯链段具有式5所示结构单元：
[0021][0022]式5中，*表示与R3的连接端，**表示与R2的连接端，q为聚合度。
[0023]根据本专利技术，所述M的数均分子量为200～10000。
[0024]根据本专利技术，所述聚合物选自聚(聚醚硼酸酯丙烯酸酯)、聚(聚醚铝酸酯丙烯酸
酯)、聚(聚醚磷酸酯丙烯酸酯)、聚(聚醚硼酸酯甲基丙烯酸酯)、聚(醚铝酸酯甲基丙烯酸酯)、聚(醚磷酸酯甲基丙烯酸酯)中的至少一种。
[0025]根据本专利技术，所述聚合物的数均分子量为4000～300000。
[0026]根据本专利技术，制备所述聚合物的单体选自如下式6所示化合物：
[0027][0028]式6中，R1、R2、R3、M的定义如上所述。
[0029]根据本专利技术，所述式6所示化合物选自聚醚硼酸酯丙烯酸酯、聚醚铝酸酯丙烯酸酯、聚醚磷酸酯丙烯酸酯、聚醚硼酸酯甲基丙烯酸酯、聚醚铝酸酯甲基丙烯酸酯、聚醚磷酸酯甲基丙烯酸酯中的至少一种。
[0030]根据本专利技术，所述固态聚合物电解质还包括助剂。
[0031]根据本专利技术，所述固态聚合物电解质包括如下质量百分含量的各组分：60～90wt％的聚合物、10～30wt％的锂盐、0～10wt％的助剂。
[0032]根据本专利技术，所述助剂包括氧化物电解质、纳米填料和有机助剂中的至少一种。
[0033]其中，所述氧化物电解质选自磷酸锂、钛酸锂、磷酸钛锂、磷酸钛铝锂、钛酸镧锂、钽酸镧锂、磷酸锗铝锂、硅铝酸锂、磷酸硅锂、钛酸镧锂、三氧化二硼掺杂磷酸锂中至少一种。
[0034]其中，所述纳米填料选自氧化铝、氧化镁、勃姆石、硫酸钡、钛酸钡、氧化锌、氧化钙、二氧化硅、碳化硅、氧化镍中的至少一种。
[0035]其中，所述有机助剂选自甲氧基聚乙二醇硼酸酯(B-PEG)、甲氧基聚乙二醇铝酸酯(Al-PEG)、丁二腈、碳酸乙烯亚乙酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、四乙二醇二甲醚中的至少一种。
[0036]根据本专利技术，所述固态聚合物电解质优选为固态聚合物电解质膜。
[0037]根据本专利技术，所述固态聚合物电解质膜的厚度为10～150μm。
[0038]一种锂离子电池，其包括上述的固态聚合物电解质。
[0039]根据本专利技术，所述锂离子电池的固态聚合物电解质膜包括上述的固态聚合物电解质。
[0040]有益效果：
[0041]本专利技术提供一种固态聚合物电解质及包括该固态聚合物电解质的锂离子电池；本专利技术的固态聚合物电解质具有更高的锂离子电导率。本专利技术的固态聚合物电解质与常规的聚合物电解质(如PEO聚合物电解质)相比，本专利技术的固态聚合物由于具有支链结构，故其结晶程度更低，锂离子在该固态聚合物电解质的非晶态区域内具有更高的锂离子电导率；与此同时，本专利技术的固态聚合物的支链为聚醚类硼酸酯、聚醚类铝酸酯或聚醚类磷酸酯，该支
链结构也能够有效促进固态聚合物电解质中锂盐的解离，进一步提高锂离子的导通性；
[0042]使用本专利技术的固态聚合物电解质使得制备得到的锂离子电池还具有更好的力学性能和循环性能。本专利技术的固态聚合物为梳状聚醚类结构的聚合物，该梳状聚醚类结构的聚合物能够改善固态聚合物电解质的力学性能，与常规的聚合物电解质(如PEO聚合物电解质)相比，本专利技术的固态聚合物电解质能够在相同厚度下具有更能好的力学性能，能有效改善电池循环性能；
[0043]本专利技术的固态聚合物电解质具有更高的电化学窗口，能够与高电压体系进行搭配。本专利技术的固态聚合物电解质主链采用丙烯酸酯作为反应活性基团，支链为聚醚类硼酸酯、聚醚类铝酸酯或聚醚类磷酸酯等，所述聚醚类硼酸酯、聚醚类铝酸酯或聚醚类磷酸酯的加入能够有效改善固态聚合物电解质的电化学窗口，能够与高电压体系材料进行匹配，制备出更高能量密度的锂离子电池。
具体实施方式
[0044]<固态聚合物电解质>
[0045]如前所述，本专利技术提供一种固态聚合物电解质，所述固态聚合物电解质包括聚合物和锂盐，所述聚合物包括如下式1所示的重复单元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态聚合物电解质，所述固态聚合物电解质包括聚合物和锂盐，所述聚合物包括如下式1所示的重复单元：式1中，R1选自H或C
1-6
烷基；R2为连接基团；R3为封端基团；M选自硼酸酯链段、铝酸酯链段或磷酸酯链段；*表示连接端。2.根据权利要求1所述的固态聚合物电解质，其中，R1选自H或C
1-3
烷基；如R1选自H或甲基；和/或，R3选自H、OH或COOH。3.根据权利要求1或2所述的固态聚合物电解质，其中，所述硼酸酯链段具有式2或式3所示结构单元：式2和式3中，*表示连接端，n为聚合度。4.根据权利要求1或2所述的固态聚合物电解质，其中，所述铝酸酯链段具有式4所示结构单元：
式4中，*表示连接端，m为聚合度。5.根据权利要求1或2所述的固态聚合物电解质，其中，所述磷酸酯链段具有式5所示结构单元：式5中，*表示与R3的连接端，**表示与R2的连接端，q为聚合度。6.根据权利要求1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐伟超，李素丽，赵伟，李俊义，徐延铭，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：