一种高安全固态电解质及其固态电池制造技术

本发明专利技术涉及电解质技术领域，尤其涉及一种高安全固态电解质及其固态电池

【技术实现步骤摘要】
一种高安全固态电解质及其固态电池


[0001]本专利技术涉及电解质
，尤其涉及一种高安全固态电解质及其固态电池
。

技术介绍

[0002]锂离子电池拥有高能量密度
、
低自放电率
、
长循环寿命和清洁无污染等诸多优点，锂离子电池已经应用到我们生活中的各个方面，从手机
、
电脑等便携电子设备到电动汽车
、
储能电站等方面的应用，消费者开始对电池的能量密度
、
循环寿命以及安全性能提出了更高的要求
。
[0003]在新性能汽车领域，车用动力电池更高的高能量目的就意味着更长的续航历程，因此，兼顾高能量密度和高安全性能的电池成为未来发展的主流
。
开发能与电解液相兼容的正负极材料是提升电池能量密度的主要技术手段，目前高比能锂离子电池使用的正极材料主要为过渡金属氧化物
(
如
LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2、LiNi
0.5
Mn
1.5
O4等
)
，诸如此类电极材料在高温条件下会分解产氧，使得电池处于富氧环境中，从而导致电池发生剧烈的热失控
。
除此之外，当前已商业化的电解液主要为锂盐的有机溶剂，通常这些电解液的闪点以及燃点都比较低，比较容易被点燃
。
上述问题会诱发电池在滥用过程中
(
高速冲击环境
、<br/>高温
、
针刺
、
过充
、
挤压碰撞等
)
发生快速蔓延的热失控，进而导致燃烧或爆炸等安全事故的发生，难以满足高安全和高能量密度的同时实现
。
[0004]电解质作为锂离子电池中离子传输的载体，其组成会很大程度地影响电池的电化学性能和安全性能
。
目前的研究中，针对电解液高温条件下易燃的特性，有研究者通过引入阻燃性好的磷酸酯类溶剂来对电解液进行改性来改善电池的热安全性能，但是磷酸酯类溶剂与锂离子电池中常用的石墨负极的兼容性比较差，这是由于在储锂过程中有机磷化合物会与
Li
+
在石墨负极发生共嵌入
。
与此同时，使用磷酸酯类阻燃溶剂也不能完全避免热失控过程中电解液的燃烧分解问题，这主要取决于它阻燃的机理是高温下分解成不易挥发的玻璃状物质隔离可燃物来达到阻燃的目的，然而，在电池热失控过程中磷酸酯类阻燃添加剂并不能够完全阻止电解液的燃烧
。
除此之外传统的电解液也很难改善电池热失控过程中的气体
(
如正极释氧
、
负极产氢和电解液高温分解等
)
串扰问题，并且传统电解液也无法避免机械滥用致使隔膜破损后正负极直接接触导致的内短路问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高安全固态电解质及其固态电池，所述固态电解质显著提升了电池的热失控触发温度的同时，也保证了与传统液态电解质电池相当的电化学性能
。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种固态电解质，包括以下制备原料：锂盐
、
有机溶剂和热固化添加剂；
[0008]所述热固化添加剂包括聚合物单体和引发剂
。
[0009]优选的，所述引发剂在所述制备原料中的质量百分含量为
0.1
～
10
％，所述聚合物单体在所述制备原料中的质量百分含量为
0.1
～
50
％；
[0010]所述锂盐在所述制备原料中的摩尔浓度为
0.01
～
10mol/L。
[0011]优选的，所述聚合物单体包括不饱和双键或环状结构；
[0012]所述聚合物单体包括醚类单体
、
丙烯酸酯单体和丙烯酰胺单体中的一种或几种
。
[0013]优选的，所述醚类单体包括
1,3
‑
二氧戊烷和
/
或正丙烷三缩水甘油醚；
[0014]所述丙烯酸酯单体包括聚甲基丙烯酸酯
、
聚乙二醇二丙烯酸酯和季戊四醇丙烯酸酯中的一种或几种；
[0015]所述丙烯酰胺单体包括
N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺
。
[0016]优选的，所述引发剂包括偶氮引发剂
、
过氧化物引发剂和路易斯酸中的一种或几种
。
[0017]优选的，所述锂盐包括四氟硼酸锂
、
六氟磷酸锂
、
二氟草酸硼酸锂和双氟磺酰亚胺锂中的一种或几种
。
[0018]优选的，所述有机溶剂包括碳酸甲乙酯
、
碳酸二乙酯
、
氟代碳酸乙烯酯
、
碳酸丙烯酯
、
碳酸乙烯酯
、
乙酸乙酯
、
丁二腈和己二腈中的一种或几种
。
[0019]本专利技术还提供了上述技术方案所述固态电解质在固态电池中的应用
。
[0020]本专利技术还提供了一种固态电池，包括依次设置的正极
、
隔膜和负极；
[0021]还包括填充在所述正极
、
隔膜和负极中的固态电解质；
[0022]所述固态电解质为上述技术方案所述的固态电解质
。
[0023]优选的，所述正极中的正极材料为富锂锰基正极材料
、
磷酸铁锂正极材料
、
镍锰酸锂正极材料或
LiNi1‑
x
‑
y
Co
x
Mn
y
O2，
其中
0≤x+y≤0.4
且
x≥0
，
y≥0
；
[0024]所述负极中的负极材料为石墨
、
锂金属或硅碳复合材料
。
[0025]本专利技术提供了一种固态电解质，包括以下制备原料：锂盐
、
有机溶剂和热固化添加剂；所述热固化添加剂包括聚合物单体和引发剂
。
当电池出现由滥用导致的异常升温时，在一定的温度范围内
(50
～
180℃)
内，电解质中的添加剂在加热的条件下固化，然后形成固态电极电解质界面，从而阻断电池内部的气体的串扰以及热量蔓延过程，进而阻止电池内部温度的进一步升高
。
例如，在枪击这种高加载速率的冲击载荷作用下，锂离子电池在被击穿后会发生内短路升温，此时添加剂受热固化，形成的固态的电极电解质界面会终止内短路，进而阻止电池温度的进一步升高；所述固态电解质可以保证电池具有能与传统液态电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种固态电解质，其特征在于，包括以下制备原料：锂盐
、
有机溶剂和热固化添加剂；所述热固化添加剂包括聚合物单体和引发剂
。2.
如权利要求1所述固态电解质，其特征在于，所述引发剂在所述制备原料中的质量百分含量为
0.1
～
10
％，所述聚合物单体在所述制备原料中的质量百分含量为
0.1
～
50
％；所述锂盐在所述制备原料中的摩尔浓度为
0.01
～
10mol/L。3.
如权利要求1或2所述的固态电解质，其特征在于，所述聚合物单体包括不饱和双键或环状结构；所述聚合物单体包括醚类单体
、
丙烯酸酯单体和丙烯酰胺单体中的一种或几种
。4.
如权利要求3所述的固态电解质，其特征在于，所述醚类单体包括
1,3
‑
二氧戊烷和
/
或正丙烷三缩水甘油醚；所述丙烯酸酯单体包括聚甲基丙烯酸酯
、
聚乙二醇二丙烯酸酯和季戊四醇丙烯酸酯中的一种或几种；所述丙烯酰胺单体包括
N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺
。5.
如权利要求1或2所述的固态电解质，其特征在于，所述引发剂包括偶氮引发剂
、
过氧化物引发剂和路易斯酸中的一种或几种
。6.
如权利要求1或2所述的固态电解质，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宇，刘源，马壮，高丽红，刘玲，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：