一种固态聚合物电解质及包括该固态聚合物电解质的电池的制作方法

本发明属于电池，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和钠离子电池。

背景技术：

1、随着新能源汽车技术的发展，锂离子电池和钠离子电池的安全问题日益被重视。相对于电解液组装的电池，固态聚合物电解质组装的电池拥有良好的安全性能。然而，固态聚合物电解质组装的电池的离子电导率较低(大约为10-5s cm-1)，且界面相容性较差，极大地影响了电池的电化学性能和循环寿命，从而限制其在新能源汽车行业的发展。为此，需要提高固态聚合物电解质组装的电池的离子电导率和界面相容性，从而将固态聚合物电解质组装的电池推向新能源汽车市场。

技术实现思路

1、针对目前的新能源汽车电池需要较长的循环寿命(≥3000圈)和良好的安全性能的要求。本发明提供了一种固态聚合物电解质及包括该固态聚合物电解质的电池，所述固态聚合物电解质中的壳聚糖能够更好的络合骨架结构，提升固态聚合物电解质的机械性能，所述固态聚合物电解质中的具有长链段结构的葡甘露聚糖能够有效的提高电池的界面相容性，抑制电芯长循环过程中阻抗的增加，提高电池的离子电导率和离子迁移数，从而提高固态聚合物电解质组装的电池(例如为锂离子电池或钠离子电池)在汽车中的使用寿命和安全性能。

2、本发明目的是通过如下技术方案实现的：

3、一种固态聚合物电解质，所述固态聚合物电解质包括固态聚合物电解质基质、电解质盐、壳聚糖、葡甘露聚糖和任选加入或不加入的无机物。

4、根据本发明的实施方式，所述固态聚合物电解质包括如下质量份的各组分：

5、固态聚合物电解质基质100质量份、电解质盐1～10质量份、壳聚糖2～50质量份、葡甘露聚糖1.25～60质量份、无机物0～10质量份。

6、根据本发明的实施方式，所述电解质盐分散在固态聚合物电解质基质表面和/或内部。所述电解质盐加入的目的是为所述固态聚合物电解质提供导电所需的离子，进一步提高所述固态聚合物电解质的离子电导率，并降低界面电阻作用。

7、根据本发明的实施方式，所述电解质盐为锂盐或钠盐。示例性地，若所述固态聚合物电解质用于锂离子电池时，所述电解质盐为锂盐；若所述固态聚合物电解质用于钠离子电池时，所述电解质盐为钠盐。

8、根据本发明的实施方式，所述锂盐选自lipf6、libf4、liclo4、liasf6中的一种或者几种。

9、根据本发明的实施方式，所述钠盐选自napf6、naclo4、natfsi、nabob中的一种或者几种。

10、根据本发明的实施方式，所述葡甘露聚糖分散(如物理分散)在固态聚合物电解质基质表面和/或内部。本发明中，所述葡甘露聚糖具有长链段结构，通过添加葡甘露聚糖可以有效的提高电池的界面相容性、倍率性能以及循环充放电性能。

11、根据本发明的实施方式，所述葡甘露聚糖的数均分子量为100万da～125万da。

12、根据本发明的实施方式，所述葡甘露聚糖是通过甘露聚糖和葡萄糖聚合后制备得到的，所述甘露聚糖和葡萄糖的摩尔比为1.6:(1～4)。

13、根据本发明的实施方式，所述壳聚糖络合在固态聚合物电解质基质表面和/或内部。本发明中，通过添加壳聚糖可以有效的提高固态聚合物电解质的机械强度。

14、根据本发明的实施方式，所述壳聚糖的数均分子量为15万da～30万da。

15、根据本发明的实施方式，所述无机物分散(如物理分散)在固态聚合物电解质基质表面和/或内部。本发明中，无机物加入的目的是通过所述无机物对电解质盐阴离子的络合作用，解离出更多的自由活性锂离子或钠离子进行循环充放电反应，有效降低了电池内部的电化学极化和浓差极化现象，进一步提高电芯的电化学性能。

16、根据本发明的实施方式，所述无机物选自al2o3，mgo，tio2，sio2，li2o，lioh，litio3，moo2，in2o3，cu2o，vo2，snox，siox，ga2o3，sb2o5，bio5中的一种或多种。

17、根据本发明的实施方式，所述固态聚合物电解质基质中的聚合物选自聚环氧乙烷(peo)、聚丙烯腈(pan)、聚偏氟乙烯(pvdf)、聚偏氯乙烯(pvdc)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(pvdf-hfp)中的一种或多种。选择上述聚合物形成的固态聚合物电解质基质，具有显著提高的机械强度(或者称作抗拉强度)，抗拉强度的提高能够有效抑制锂枝晶刺穿电解质。在所述固态聚合物电解质中，固态聚合物电解质基质作为骨架，为电解质盐提供活性位点，从而既保证了抗拉强度又保证了离子电导率。

18、根据本发明的实施方式，所述固态聚合物电解质的厚度为10μm～200μm。

19、根据本发明的实施方式，所述固态聚合物电解质的机械强度为10-100mpa。

20、根据本发明的实施方式，所述固态聚合物电解质的电导率为0.1-10ms/cm。

21、根据本发明的实施方式，所述固态聚合物电解质的锂离子迁移数为0.3-2。

22、本发明的固态聚合物电解质能够改善固态聚合物电解质的离子电导率较低和界面相容性较差问题；同时，所述固态聚合物电解质还能够兼具良好的加工性、机械强度、电化学性能。更重要的是汽车使用温度范围广，比起电解液组装的电池，所述固态聚合物电解质组装的电池可以更加安全的适用于更广的温度区间。

23、本发明还提供了一种电池，所述电池包括上述的固态聚合物电解质。

24、根据本发明的实施方式，所述电池例如是锂离子电池或钠离子电池。

25、根据本发明的实施方式，所述电池还包括正极和负极。

26、根据本发明的实施方式，所述正极的正极活性物质选自licoo2、lifepo4、linixcoymn1-x-yo2(0<x<1，0<y<1，0<1-x-y<1)、linixcoyal1-x-yo2(0<x<1，0<y<1，0<1-x-y<1)、limno4中的至少一种；或者选自naxma[mb(cn)6]y·zh2o(ma和mb为mn、fe、co、ni、cu、zn中的至少两种，x＝1～4，y＝1～4，z＝0～10)、naxmo2(m＝co、fe、mn和ni中的至少一种，x＝1-2)、nafepo4、na2mp2o7、na3v2(po4)3、na2m2(so4)3、v2o5中的至少一种。

27、根据本发明的实施方式，所述负极的负极活性物质选自石墨、石墨掺杂硬碳、石墨掺杂硅、硬碳中的至少一种。

28、本发明的有益效果：

29、1.本发明中，通过添加葡甘露聚糖提高了固态聚合物电解质与正负极的界面相容性，从而提高了固态聚合物电解质组装的电池的电化学性能，提高了固态电池的长循环性能，从而使其推向市场提供了更多的可能性。

30、2.本发明中，通过添加壳聚糖提高了固态聚合物电解质的机械拉伸性能，从而提高了固态聚合物电解质组装的电池的安全性能。

31、3.本发明中，通过添加无机物降低了电池高温状态下电芯的收缩率，提高了固态聚合物电解质组装的电池的安全性能。