一种聚合物复合固态电解质膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种聚合物复合固态电解质膜及其制备方法和应用。所述聚合物复合固态电解质膜包括依次层叠的第一聚合物复合层、基层和第二聚合物复合层；所述第一聚合物复合层和第二聚合物复合层各自独立地包括聚合物材料、锂盐和离子液体。本发明专利技术提供了一种兼具高离子电导率和高机械强度的聚合物复合固态电解质膜。导率和高机械强度的聚合物复合固态电解质膜。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物复合固态电解质膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电解质材料
，具体涉及一种聚合物复合固态电解质膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，锂离子电池得到了空前发展和广泛应用，为了匹配市场的需求，目前，锂离子电池在有机电解液中加入添加剂以此提高其能量密度，同时提升其循环性能，但有机电解液和添加剂存在易燃的特性，故给锂离子电池带来严重的安全问题，综上可知，使用有机电解液作为锂离子电池体系的电解质已经无法满足提升电池的高能量密度以及高安全性能的需求。因此，发展高安全性以及高能量密度的全固态锂离子电池逐渐成为行业发展的趋势，也将进一步推进新能源汽车的进一步发展。
[0003]全固态锂离子电池体系均使用固态电极材料和固态电解质，不含有任何液体成分，故在很大程度上提高了锂离子电池的能量密度和安全性能。目前市场上使用较为广泛的固态电解质包括氧化物固态电解质、硫化物固态电解质、卤化物固态电解质或聚合物固态电解质。
[0004]以聚氧化乙烯(PEO)材料为主的聚合物固态电解质具有易成膜、延展性好以及稳定性高等优势，故被广泛应用于全固态锂离子电池体系。随着全固态锂离子电池技术的不断发展，以PEO材料为主的聚合物固态电解质也随之得到更加深入研究和广泛应用，但其在应用过程中存在诸多问题，例如聚合物尽管具有良好的成膜性，但其机械强度较差，在电池循环过程中容易被锂枝晶刺穿，存在安全隐患；此外，聚合物固态电解质的室温离子电导率较差(＜10
‑5S/cm),无法满足使用需求(＞10r/>‑3S/cm)，导致其只能在60
‑
80℃的高温下进行工作。
[0005]现有技术公开了许多技术方案来解决上述问题，例如：将聚合物固态电解质与高离子电导率的陶瓷粉末进行复合或将功能性的官能团嫁接在聚合物固态电解质的片段上等，以此提高聚合物固态电解质抑制枝晶的能力和室温离子电导率，但均未同时解决PEO基聚合物固态电解质存在的离子电导率低和机械强度的问题，从而使得PEO基聚合物固态电解质的应用和发展受到进一步限制。
[0006]因此，需要开发一种聚合物固态电解质膜，其不仅具备高离子电导率的特性，同时还具备优异的机械强度，以此满足常温使用需求。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种聚合物复合固态电解质膜及其制备方法和应用。本专利技术提供了一种兼具高离子电导率和高机械强度的聚合物复合固态电解质膜。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种聚合物复合固态电解质膜，所述聚合物复合固态电解
质膜包括依次层叠的第一聚合物复合层、基层和第二聚合物复合层；
[0010]所述第一聚合物复合层和第二聚合物复合层各自独立地包括聚合物材料、锂盐和离子液体。
[0011]本专利技术通过添加与聚合物材料具有不同混溶性的离子液体，以此降低聚合物材料的结晶度，提升其离子电导率。此外，本专利技术将聚合物材料与高精度纳米孔径、高孔隙率的基层进行复合，形成一种层叠结构，以此提升聚合物复合固态电解质膜的拉伸强度以及抑制锂枝晶的能力，进而得到一种兼具高离子电导率、高机械强度的聚合物复合固态电解质膜。
[0012]优选地，所述聚合物材料包括聚氧化乙烯、聚偏二氟乙烯
‑
六氟丙烯、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或聚甲基丙烯酸甲酯中的任意一种或至少两种的组合，优选为聚氧化乙烯。
[0013]优选地，所述聚合物材料的分子量为2万
‑
500万，优选为400万，例如可以为2万、5万、10万、20万、50万、100万、200万、400万、500万等。
[0014]在本专利技术中，通过调控聚合物材料的分子量，使得聚合物膜同时具有较好的机械强度和较高的离子电导率。
[0015]优选地，所述锂盐包括双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟甲基磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、硝酸锂、六氟磷酸锂或高氯酸锂中的任意一种或至少两种的组合，优选为双三氟甲基磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂或四氟硼酸锂中的任意一种或至少两种的组合。
[0016]优选地，所述离子液体包括咪唑类离子液体、季胺类离子液体、哌啶类离子液体、吡咯烷类离子液体、吡啶类离子液体或季鏻类离子液体中的任意一种或至少两种的组合，优选为吡咯烷类离子液体和/或咪唑类离子液体，进一步优选为Pyr13TFSI和/或EMIMTFSI。
[0017]在本专利技术中，Pyr13TFSI指的是N
‑
甲基
‑
N
‑
丙基吡咯烷双三氟甲基磺酰亚胺锂；EMIMTFSI指的是1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪矬双三氟甲基磺酰亚胺锂。
[0018]优选地，所述第一聚合物复合层和第二聚合物复合层各自独立地还可以包括无机固态电解质颗粒。
[0019]在本专利技术中，通过在聚合物复合层中进一步加入无机固态电解质颗粒，以此提高其拉伸强度和抑制锂枝晶的能力。
[0020]优选地，所述无机固态电解质颗粒包括氧化物固态电解质颗粒。
[0021]优选地，所述氧化物固态电解质颗粒包括锂镧锆氧固态电解质颗粒。
[0022]优选地，所述基层的材质包括聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、氨基树脂、聚甲醛、聚酰亚胺、丙烯酸
‑
苯乙烯共聚物或酚醛树脂中的任意一种或至少两种的组合，优选为聚酰亚胺、聚乙烯、聚碳酸酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任意一种或至少两种的组合。
[0023]优选地，所述基层的孔径为0.1μm
‑
2μm，优选为0.3μm
‑
1μm，例如可以为0.1μm、0.3μm、0.5μm、0.8μm、1μm、1.2μm、1.5μm、1.8μm、2μm等；厚度为5
‑
50μm，优选为5
‑
15μm，例如可以为5μm、10μm、15μm、20μm、30μm、40μm、50μm等；孔隙率为50％
‑
80％，优选为60％
‑
70％，例如可以为50％、60％、65％、68％、70％、80％等。
[0024]优选地，所述第一聚合物复合层和第二聚合物复合层的厚度各自独立地为15
‑
25μ
m，例如可以为15μm、18μm、20μm、22μm、25μm等.
[0025]优选地，所述聚合物复合固态电解质膜的厚度为10
‑
50μm，例如可以为10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm等。
[0026]优选地，所述第一聚合物复合层和第二聚合物复合层的组成相同。
[0027]在本专利技术中，第一聚合物复合层和第二聚合物复合层的组成相同，使得制备得到的聚合物复合固态电解质膜具有更优的技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物复合固态电解质膜，其特征在于，所述聚合物复合固态电解质膜包括依次层叠的第一聚合物复合层、基层和第二聚合物复合层；所述第一聚合物复合层和第二聚合物复合层各自独立地包括聚合物材料、锂盐和离子液体。2.根据权利要求1所述的聚合物复合固态电解质膜，其特征在于，所述聚合物材料包括聚氧化乙烯、聚偏二氟乙烯
‑
六氟丙烯、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或聚甲基丙烯酸甲酯中的任意一种或至少两种的组合，优选为聚氧化乙烯；优选地，所述聚合物材料的分子量为2万
‑
500万，优选为400万。3.根据权利要求1或2所述的聚合物复合固态电解质膜，其特征在于，所述锂盐包括双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟甲基磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、硝酸锂、六氟磷酸锂或高氯酸锂中的任意一种或至少两种的组合，优选为双三氟甲基磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂或四氟硼酸锂中的任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的聚合物复合固态电解质膜，其特征在于，所述离子液体包括咪唑类离子液体、季胺类离子液体、哌啶类离子液体、吡咯烷类离子液体、吡啶类离子液体或季鏻类离子液体中的任意一种或至少两种的组合，优选为吡咯烷类离子液体和/或咪唑类离子液体，进一步优选为Pyr13TFSI和/或EMIMTFSI；优选地，所述第一聚合物复合层和第二聚合物复合层各自独立地还可以包括无机固态电解质颗粒；优选地，所述无机固态电解质颗粒包括氧化物固态电解质颗粒；优选地，所述氧化物固态电解质颗粒包括锂镧锆氧固态电解质颗粒。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的聚合物复合固态电解质膜，其特征在于，所述基层的材质包括聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、氨基树脂、聚甲醛、聚酰亚胺、丙烯酸
‑
苯乙烯共聚物或酚醛树脂中的任意一种或至少两种的组合，优选为聚酰亚胺、聚乙烯、聚碳酸酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述基层的孔径为0.1μm
‑
2μm，厚度为5
‑
50μm，孔隙率为50％
‑
80％，优选为基层的孔径为0.3μm
‑
1μm，厚度为5
‑
15μm，孔隙率为60％
‑
70％；优选地，所述第一聚合物复合层和第二聚合物复合层的厚度各自独立地为15
‑
25μm；优选地，所述聚合物复合固态电解质膜的厚度为10
‑
50μm；优选地，所述第一聚合物复合层和第二聚合物复合层的组成相同。6.一种制备根据权利要求1
‑
5中任一项所述的聚合物复合固态电解质膜的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将第一聚合物材料、第一锂盐和第一有机溶剂进行一次混合，而后加入第一离子液体进行二次混合，得到第一聚合物复合层浆料；(2)将第二聚合物材料、第二锂盐和第二有机溶剂进行三次混合，而后加入第二离子液体进行四次混合，得到第二聚合物复合层浆料；(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈少杰，郑传佐，曹晓菊，黄海强，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：