一种固液混合聚合物电解质、电池、制备方法和应用

本发明涉及材料，尤其涉及一种固液混合聚合物电解质、电池、制备方法和应用。

背景技术：

1、随着移动终端、电动汽车以及规模储能对能量密度的需求日渐提升，传统的锂离子电池电解液易燃的问题已导致日益严峻的安全性问题。通过聚合物电解质取代传统的电解液与隔膜的组合形式，从根源上解决电池的安全性问题，被认为是可行的发展方向。聚合物电解质具有较好的稳定性，不会泄露，即便在相对极端的环境也能保证电池结构的安全与稳定。因此，发展新型聚合物电解质是发展高能量密度锂离子电池的关键技术。

2、目前的聚合物电解质，其锂离子与基体间相互作用弱，使得锂离子难以从锂盐特别是高浓度环境中解离出来。而锂盐解离度低，会直接导致电解质中锂离子的传输数低，传输速率慢。同时，因大量的锂盐因为无法解离，也无法参与电解质中锂离子的传递，造成了锂盐的大量浪费。因此，现有的聚合物电解质在室温下的离子电导率较低(仅能达到10-5～10-8s cm-1)，难以满足实际应用的需要。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述不足，本发明实施例的目的在于提供一种固液混合聚合物电解质、电池、制备方法和应用，以解决现有的聚合物电解质因其锂盐解离度低而导致其锂离子的传输数低、传输速率慢，不仅会造成锂盐的大量浪费，而且其在室温下的离子电导率较低，难以满足实际应用的需要的问题。

2、本发明实施例采用的技术方案如下：

3、第一方面，本发明实施例提供了一种固液混合聚合物电解质，包括：

4、聚碳酸亚乙烯酯、锂盐和有机溶剂；

5、所述聚碳酸亚乙烯酯与锂盐的质量比为1:0.5～1:2；

6、在所述固液混合聚合物电解质干燥后，所述有机溶剂的残留量不超过固液混合聚合物电解质的总质量的50％。

7、第二方面，本发明实施例提供了一种如第一方面所述的固液混合聚合物电解质的制备方法，包括：

8、按配方称取聚碳酸亚乙烯酯、锂盐和有机溶剂，备用；

9、将所述聚碳酸亚乙烯酯和锂盐加入到有机溶剂中，搅拌混合均匀，得到混合物；

10、将所述混合物浇筑于基板上，在水含量<0.1ppm，50℃～100℃的温度下干燥6h～48h，剥离后即得到所述固液混合聚合物电解质。

11、第三方面，本发明实施例提供了一种固态锂金属电池，所述固态锂金属电池是由第一方面的固液混合聚合物电解质、正极磷酸铁锂、负极锂金属组装形成的。

12、第四方面，本发明实施例提供了如第一方面所述的固液混合聚合物电解质在制备离子导体或锂离子电池中的应用。

13、与现有技术相比，本发明实施例提供的固液混合聚合物电解质至少存在如下有益效果：以聚碳酸亚乙烯酯为基体，利用碳酸亚乙烯酯上的羰基与锂离子间较强的相互作用，可促使更多的锂离子从阴离子的约束中解离出来，不仅可有效地提高聚合物电解质中的锂离子的传输数和传输速率，提高了锂盐的利用率，而且通过在固液混合聚合物电解质中保留一部分有机溶剂，利用有机溶剂与锂离子的相互作用，在此前聚碳酸亚乙烯酯基体促进锂盐解离的基础上进一步形成“聚碳酸亚乙烯酯-锂离子-有机溶剂”的三者相互作用，从而促进更多的锂离子从锂盐中解离出来，使得解离出来的锂离子的数量显著增多，且离子的传递速率也显著加快。本发明实施例提供的固液混合聚合物电解质特别适用于锂盐含量较高(聚合物电解质:锂盐≥1:0.5)的情形，既可提升聚合物电解质的离子电导率，同时又可使聚合物电解质中的锂盐得以充分利用。此外，本发明实施例提供的固液混合聚合物电解质在室温下的离子电导率可高达10-3s/cm，远远高于现有的聚合物电解质的在室温下的离子电导率(10-5～10-8scm-1)。

技术特征：

1.一种固液混合聚合物电解质，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的固液混合聚合物电解质，其特征在于，所述有机溶剂的残留量与固液混合聚合物电解质的质量比为5:1～30:1。

3.根据权利要求1所述的固液混合聚合物电解质，其特征在于，所述锂盐为高氯酸锂、六氟磷酸锂或双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或多种混合物。

4.根据权利要求1所述的固液混合聚合物电解质，其特征在于，所述有机溶剂为n,n-二甲基乙酰胺或二甲基亚枫，或二者以任意比例混合的混合物。

5.根据权利要求1所述的固液混合聚合物电解质，其特征在于，所述聚碳酸亚乙烯酯由如下步骤制备得到：

6.根据权利要求1所述的固液混合聚合物电解质，其特征在于，所述聚碳酸亚乙烯酯的平均分子量为50000～1000000。

7.根据权利要求1所述的固液混合聚合物电解质，其特征在于，所述固液混合聚合物电解质为膜结构材料，所述膜结构材料的厚度为25～500微米。

8.如权利要求1所述的固液混合聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括：

9.一种固态锂金属电池，其特征在于，所述固态锂金属电池是由如权利要求1～7任一项所述的固液混合聚合物电解质、正极磷酸铁锂、负极锂金属组装形成的。

10.如权利要求1～7任一项所述的固液混合聚合物电解质在制备离子导体或锂离子电池中的应用。

技术总结
本发明涉及材料技术领域，提供了一种固液混合聚合物电解质、电池、制备方法和应用。该固液混合聚合物电解质包括：聚碳酸亚乙烯酯、锂盐和有机溶剂；聚碳酸亚乙烯酯与锂盐的质量比为1:0.5～1:2；在固液混合聚合物电解质干燥后，有机溶剂的残留量不超过固液混合聚合物电解质的总质量的50％。本发明提供的固液混合聚合物电解质的锂离子的传输数量多、传输速率慢快，可充分利用锂盐，且其在室温下的离子电导率可高达10<supgt;‑3</supgt;S/cm，可满足实际应用的需要；并且，由该固液混合聚合物电解质组装的全固态电池具有优异的循环性能，耐高电压性能，以及良好的力学性能，可用于取代现有锂离子电池中的隔膜与电解液。

技术研发人员：朱敏,刘雨轩,胡仁宗,罗凌劼
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15