一种聚合物固态电解质膜及锂离子电池制造技术

本申请公开了一种聚合物固态电解质膜及锂离子电池，所述聚合物固态电解质膜包括有机骨架以及填充在所述有机骨架中的聚合物固态电解质；所述聚合物固态电解质由聚偏氟乙烯、溶剂和锂盐制备得到，所述溶剂和所述锂盐发生络合反应形成络合物，所述络合物和所述聚偏氟乙烯发生相互作用，所述锂盐中的锂离子在所述络合物与所述聚偏氟乙烯之间的相互作用位点之间迁移；所述有机骨架具有孔结构，所述聚合物固态电解质填充于所孔结构中，且所述聚合物固态电解质在所述聚合物固态电解质膜的整体结构中呈连续相。本申请提供的聚合物固态电解质膜及锂离子电池，可以兼顾高电导率与高机械强度。强度。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物固态电解质膜及锂离子电池


[0001]本申请涉及电池
，更具体地说，它涉及一种聚合物固态电解质膜及锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池因为其能量密度高、循环寿命长、安全性能高等优点被广泛应用于移动设备以及新能源汽车等领域。随着锂离子电池的应用越来越广泛，人们对锂离子电池的能量密度以及安全性能提出了更高的要求。为了应对市场端对锂离子电池能量密度以及安全性能等方面日益增长的需求，发展固态锂离子电池成为最佳选择。
[0003]固态电解质膜是固态锂离子电池的重要组成部分，由于聚合物具有质软、规模化制造可行性高的特性，基于聚合物的固态电解质膜被广泛关注与研究。基于聚合物导锂的机理，高电导率的实现依赖于聚合物强的链段运动能力，但是强的链段运动能力又通常会导致差的机械强度。因此，大多数聚合物固态电解质膜的电导率与机械强度不可兼得，这也导致了聚合物固态电解质膜至今还未能真正地用于固态电池实现量产。
[0004]因此，亟需提出一种电导率与机械强度兼优的聚合物固态电解质膜。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种聚合物固态电解质膜及锂离子电池，可以兼顾高电导率与高机械强度。
[0006]为解决上述一个或多个技术问题，本申请采用的技术方案是：
[0007]第一方面，本申请提供了一种聚合物固态电解质膜，所述聚合物固态电解质膜包括有机骨架以及填充在所述有机骨架中的聚合物固态电解质；
[0008]所述聚合物固态电解质由聚偏氟乙烯、溶剂和锂盐制备得到，所述溶剂和所述锂盐发生络合反应形成络合物，所述络合物和所述聚偏氟乙烯发生相互作用，所述锂盐中的锂离子在所述络合物与所述聚偏氟乙烯之间的相互作用位点之间迁移；
[0009]所述有机骨架具有孔结构，所述聚合物固态电解质填充于所孔结构中，且所述聚合物固态电解质在所述聚合物固态电解质膜的整体结构中呈连续相。
[0010]进一步的，所述聚偏氟乙烯的平均分子量大于400000。
[0011]优选的，所述聚偏氟乙烯的平均分子量大于900000。
[0012]进一步的，所述有机骨架的材料包括聚醚、聚酯、聚烯烃中的一种或多种；
[0013]和/或，
[0014]所述有机骨架的平均孔径大小为13
‑
40μm，优选为20
‑
35μm。
[0015]进一步的，所述有机骨架的形状包括纤维状、带状或条状，所述有机骨架的直径或宽度为5
‑
20μm。
[0016]优选的，所述有机骨架的直径或宽度为7
‑
15μm。
[0017]进一步的，所述有机骨架为三维连通孔结构。
[0018]进一步的，所述有机骨架在所述聚合物固态电解质膜中的体积分数为10
‑
50％；
[0019]和/或，
[0020]所述溶剂的质量分数与所述有机骨架的体积分数的比值为0.2
‑
1.5；
[0021]和/或，
[0022]所述锂盐在所述聚合物固态电解质膜中的质量分数为15
‑
40％。
[0023]优选的，所述有机骨架在所述聚合物固态电解质膜中的体积分数为20
‑
35％。
[0024]优选的，所述溶剂的质量分数与所述有机骨架的体积分数的比值为0.5
‑
1。
[0025]优选的，所述锂盐在所述聚合物固态电解质膜中的质量分数为18
‑
30％。
[0026]进一步的，所述溶剂包括二甲基甲酰胺、N，N
‑
二甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸亚乙酯中的一种或多种。
[0027]进一步的，所述锂盐包括六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氯铝酸锂、碘化锂、溴化锂、硫氰酸锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、四苯硼酸锂、双(草酸)硼酸锂、四氟草酸磷酸锂、硝酸锂、六氟砷酸锂、三氟甲磺酸锂、双(三氟甲烷磺酰亚胺)锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种或多种。
[0028]进一步的，所述聚合物固态电解质还包括陶瓷颗粒，所述陶瓷颗粒包括锂镧锆氧、锂镧钛氧、磷酸钛铝锂、三氧化二铝、二氧化硅、二氧化钛中的一种或几种。
[0029]第二方面，本申请还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括正极、负极和位于正极和负极之间的聚合物固态电解质膜，所述聚合物固态电解质膜为上述的聚合物固态电解质膜。
[0030]根据本申请提供的具体实施例，本申请公开了以下技术效果：
[0031]本申请提供了一种聚合物固态电解质膜及锂离子电池，所述聚合物固态电解质膜包括有机骨架以及分散在所述有机骨架中的聚合物固态电解质，所述聚合物固态电解质由聚偏氟乙烯、溶剂和锂盐制备得到。本申请中的溶剂和锂盐发生络合反应形成络合物，所述络合物和聚偏氟乙烯发生相互作用，络合态锂离子在络合物与聚偏氟乙烯之间的相互作用位点之间迁移实现快速传导，获得高电导率。本申请中的有机骨架具有孔结构，所述聚合物固态电解质填充于所孔结构中，且所述聚合物固态电解质在所述聚合物固态电解质膜的整体结构中呈连续相。通过对有机骨架中孔结构进行调控，使得聚合物固态电解质膜的整体机械性能得到有效提升。因此，通过调控有机骨架、聚偏氟乙烯、溶剂和锂盐在一定合适的比例区间，便可兼顾达到高电导率与高机械性能。
[0032]进一步的，本申请中的有机骨架不与聚偏氟乙烯、溶剂和锂盐发生相互作用，有机骨架的化学性能稳定，能够避免其被溶剂化从而保证整个体系的稳定。
[0033]当然，实施本申请的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
[0034]下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0035]如
技术介绍
所述，现有的聚合物固态电解质膜高电导率的实现依赖于聚合物强的链段运动能力，但是强的链段运动能力又通常会导致差的机械强度。因此，大多数聚合物固
态电解质膜的电导率与机械强度不可兼得，这导致了聚合物固态电解质膜至今还未能真正地用于固态电池实现量产。
[0036]为解决上述一个或多个问题，本申请创造性地提出了一种聚合物固态电解质膜及锂离子电池，通过调控有机骨架、聚偏氟乙烯、溶剂和锂盐在一定合适的比例区间，便可兼顾达到高电导率与高机械性能。
[0037]以下作为本申请可选的技术方案，但不作为对本申请提供的技术方案的限制，通过以下可选的技术方案，可以更好的达到和实现本申请的技术目的和有益效果。
[0038]本申请实施例提供的聚合物固态电解质膜包括有机骨架以及填充在所述有机骨架中的聚合物固态电解质，所述聚合物固态电解质由聚偏氟乙烯、溶剂和锂盐制备得到，所述溶剂和锂盐发生络合反应形成络合物，所述络合物和所述聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物固态电解质膜，其特征在于，所述聚合物固态电解质膜包括有机骨架以及填充在所述有机骨架中的聚合物固态电解质；所述聚合物固态电解质由聚偏氟乙烯、溶剂和锂盐制备得到，所述溶剂和所述锂盐发生络合反应形成络合物，所述络合物和所述聚偏氟乙烯发生相互作用，所述锂盐中的锂离子在所述络合物与所述聚偏氟乙烯之间的相互作用位点之间迁移；所述有机骨架具有孔结构，所述聚合物固态电解质填充于所孔结构中，且所述聚合物固态电解质在所述聚合物固态电解质膜的整体结构中呈连续相。2.根据权利要求1所述的聚合物固态电解质膜，其特征在于，所述聚偏氟乙烯的平均分子量大于400000，优选为大于900000。3.根据权利要求1所述的聚合物固态电解质膜，其特征在于，所述有机骨架的材料包括聚醚、聚酯、聚烯烃中的一种或多种；和/或，所述有机骨架的平均孔径大小为13
‑
40μm，优选为20
‑
35μm。4.根据权利要求1所述的聚合物固态电解质膜，其特征在于，所述有机骨架的形状包括纤维状、带状或条状，所述有机骨架的直径或宽度为5
‑
20μm。5.根据权利要求4所述的聚合物固态电解质膜，其特征在于，所述有机骨架为三维连通孔结构。6.根据权利要求1所述的聚合物固态电解质膜，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雪，冯玉川，张苗，李峥，
申请(专利权)人：苏州清陶新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：