聚合物固态电解质及其制备方法、锂电池和用电设备与流程

本发明涉及电池领域，具体涉及一种聚合物固态电解质及其制备方法、锂电池和用电设备。

背景技术：

1、目前传统锂电池使用的有机液体电解质存在一些固有的缺点，如可燃性、易泄漏和环境毒性等，阻碍了锂电池在电动汽车或飞机上的应用，采用全固态电解质取代有机液体电解质是解决上述问题的可靠解决方案。

2、固态聚合物电解质是一种新型电解质材料，具有高离子导电性、良好的稳定性和可塑性等特点，被广泛应用于锂电池、超级电容器等领域。固态聚合物电解质相比于传统的液态电解质，具有更高的化学稳定性和机械强度，能够有效降低电池内部短路和漏电等安全隐患，同时还能够提高电池的能量密度和循环寿命，但是常见的聚合物固态电解质室温下离子电导率较低，其应用受到了一定程度的限制。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种聚合物固态电解质及其制备方法、锂电池和用电设备，该聚合物固态电解质在室温下具有较高的离子电导率，从而将其应用于电池，可以提高电池的功率性能。

2、在本发明的第一个方面，本发明提出了一种聚合物固态电解质。根据本发明的实施例，该聚合物固态电解质包括聚合物基底、添加剂和锂盐，其中，所述添加剂包括聚烯丙基乙酰乙酸酯。

3、根据本发明上述实施例的聚合物固态电解质，其包括聚合物基底、添加剂和锂盐，其中，聚合物基底可以与锂盐解离出的锂离子配位，并且添加剂包括聚烯丙基乙酰乙酸酯，聚烯丙基乙酰乙酸酯具有一个酰基和一个酯基，这两个基团都含有碳氧双键，形成碳氧双键的氧原子可以与锂离子形成配位，由此，聚烯丙基乙酰乙酸酯可以和聚合物基底协同与锂离子配位，并且聚烯丙基乙酰乙酸酯中的乙酰基与酯基均是吸电子基团，使得二者之间的α-c很容易电离出氢离子，形成的负离子也可与锂离子结合，由此，有利于实现锂离子的传输，提高聚合物固态电解质在室温下的离子电导率，从而将其应用于电池，不仅可以提高电池的功率性能，还可以提高电池的循环性能。由此，本发明的聚合物固态电解质在室温下具有较高的离子电导率，从而将其应用于电池，不仅可以提高电池的功率性能，还可以提高电池的循环性能。

4、另外，根据本发明上述实施例的聚合物固态电解质还可以具有如下附加的技术特征：

5、在本发明的一些实施例中，所述聚合物基底包括聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚酰亚胺中的至少之一。

6、在本发明的一些实施例中，所述聚合物基底与所述添加剂的质量比为(4～6):(4～6)。由此，该聚合物固态电解质在室温下具有较高的离子电导率。

7、在本发明的一些实施例中，基于所述聚合物基底和所述添加剂的质量之和，所述锂盐的含量为30％～60％。由此，该聚合物固态电解质在室温下具有较高的离子电导率。

8、在本发明的一些实施例中，所述聚合物固态电解质的厚度为18μm～40μm。

9、在本发明的一些实施例中，所述聚合物固态电解质包括：第一聚合物固态电解质层，所述第一聚合物固态电解质层包括第一聚合物基底和锂盐，所述第一聚合物基底的电压窗口为4.3v～4.8v；第二聚合物固态电解质层，所述第二聚合物固态电解质层设在所述第一聚合物固态电解质层的一侧，所述第二聚合物固态电解质层包括第二聚合物基底、添加剂和锂盐，所述第二聚合物基底的电压窗口为1.5v～4v。由此，该聚合物固态电解质在室温下具有较高的离子电导率。

10、在本发明的一些实施例中，基于所述聚合物固态电解质的总质量，所述第二聚合物基底和所述添加剂的总含量与所述第一聚合物基底的含量的比例为(4～6)：(4～6)。

11、在本发明的一些实施例中，所述第一聚合物基底包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯和聚丙烯腈中的至少之一。

12、在本发明的一些实施例中，所述第二聚合物基底包括聚环氧乙烷、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚酰亚胺中的至少之一。

13、在本发明的一些实施例中，所述聚环氧乙烷的重均分子量为300000～5000000。由此，该聚合物固态电解质在室温下具有较高的离子电导率。

14、在本发明的一些实施例中，所述第二聚合物固态电解质层中，所述第二聚合物基底与所述添加剂的质量比为(4～6):(4～6)。由此，该聚合物固态电解质在室温下具有较高的离子电导率。

15、在本发明的一些实施例中，所述第一聚合物固态电解质层还包括所述添加剂。由此，该聚合物固态电解质在室温下具有较高的离子电导率。

16、在本发明的一些实施例中，所述第一聚合物固态电解质层中，所述第一聚合物基底与所述添加剂的质量比为(4～6):(4～6)。由此，该聚合物固态电解质在室温下具有较高的离子电导率。

17、在本发明的一些实施例中，基于所述聚合物固态电解质的总质量，所述第一聚合物基底和所述第一聚合物固态电解质层中所述添加剂的总含量与所述第二聚合物基底和所述第二聚合物固态电解质层中所述添加剂的总含量的比例为(4～6)：(4～6)。

18、在本发明的一些实施例中，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂和三氟甲磺酸锂中的至少之一。

19、在本发明的第二个方面，本发明提出了一种制备上述聚合物固态电解质的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将聚合物基底、烯丙基乙酰乙酸酯、引发剂、锂盐和有机溶剂进行混合，以便得到第一混合溶液；将所述第一混合溶液进行涂膜和干燥，以便得到所述聚合物固态电解质。

20、根据本发明上述实施例的制备聚合物固态电解质的方法，通过将聚合物基底、烯丙基乙酰乙酸酯、引发剂、锂盐和有机溶剂进行混合，可以使聚合物基底、烯丙基乙酰乙酸酯、引发剂和锂盐分散在有机溶剂中，使得烯丙基乙酰乙酸酯在引发剂的作用下发生自由基聚合反应生成与聚合物基底共混的聚烯丙基乙酰乙酸酯，得到第一混合溶液，将该第一混合溶液进行涂膜和干燥，可以使第一混合溶液中的有机溶剂挥发，得到聚合物固态电解质。并且，该方法操作简单，安全性高，无需后处理，从而有利于提高生产效率，降低生产成本。由此，采用本发明的制备聚合物固态电解质的方法，能够在提高生产效率，降低生产成本的同时制备得到上述在室温下具有较高离子电导率的聚合物固态电解质，并且将该聚合物固态电解质应用到电池中可以提高电池的功率性能和循环性能。

21、另外，根据本发明上述实施例的制备聚合物固态电解质的方法还可以具有如下附加的技术特征：

22、在本发明的一些实施例中，所述制备聚合物固态电解质的方法还包括：将包括第一聚合物基底与锂盐和有机溶剂的第一混合浆料涂覆于基底上并干燥，以便得到第一聚合物固态电解质层，所述第一聚合物基底的电压窗口为4.3v～4.8v；在所述第一聚合物固态电解质层的一侧涂覆包括第二聚合物基底与烯丙基乙酰乙酸酯、引发剂、锂盐和有机溶剂的第二混合浆料并干燥，以便得到聚合物固态电解质，所述第二聚合物基底的电压窗口为1.5v～4v。由此，采用该方法可以制备得到在室温下具有较高离子电导率的聚合物固态电解质。

23、在本发明的一些实施例中，所述引发剂包括过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二叔丁基、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化叔戊酸叔丁基酯、偶氮二异丁腈和偶氮二异庚腈中的至少之一。

24、在本发明的一些实施例中，所述有机溶剂包括乙醚、乙醇、乙腈、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、丙二腈、丁二腈、戊二腈、己二腈、庚二腈、辛二腈、壬二腈和癸二腈中的至少之一。

25、在本发明的一些实施例中，所述混合的温度为65℃～80℃。

26、在本发明的第三个方面，本发明提出了另一种制备上述聚合物固态电解质的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将聚合物基底、聚烯丙基乙酰乙酸酯、锂盐和有机溶剂进行混合，以便得到第二混合溶液；将所述第二混合溶液进行涂膜和干燥，以便得到所述聚合物固态电解质。

27、由此，采用该方法可以制备得到上述在室温下具有较高离子电导率的聚合物固态电解质，并且将该聚合物固态电解质应用到电池中，可以提高电池的功率性能和循环性能。

28、另外，根据本发明上述实施例的制备聚合物固态电解质的方法还可以具有如下附加的技术特征：

29、在本发明的一些实施例中，所述制备聚合物固态电解质的方法还包括：将包括第一聚合物基底与锂盐和有机溶剂的第一混合浆料涂覆于基底上并干燥，以便得到第一聚合物固态电解质层，所述第一聚合物基底的电压窗口为4.3v～4.8v；在所述第一聚合物固态电解质层的一侧涂覆包括第二聚合物基底与聚烯丙基乙酰乙酸酯、锂盐和有机溶剂的第三混合浆料并干燥，以便得到聚合物固态电解质，所述第二聚合物基底的电压窗口为1.5v～4v。

30、在本发明的第四个方面，本发明提出了一种锂电池。根据本发明的实施例，所述锂电池包括上述聚合物固态电解质或采用上述方法得到的聚合物固态电解质。由此，可以提高锂电池的功率性能和循环性能。

31、另外，根据本发明上述实施例的锂电池还可以具有如下附加的技术特征：

32、在本发明的一些实施例中，所述聚合物固态电解质包括第一聚合物固态电解质层和第二聚合物固态电解质层，所述第二聚合物固态电解质层设在所述第一聚合物固态电解质层的一侧。由此，可以提升锂电池的电化学性能。

33、在本发明的一些实施例中，所述锂电池还包括正极极片和负极极片，所述聚合物固态电解质设在所述正极极片和负极极片之间，所述第一聚合物固态电解质层朝向所述正极极片设置，所述第二聚合物固态电解质层朝向所述负极极片设置。由此，可以提升锂电池的电化学性能。

34、在本发明的一些实施例中，所述负极极片包括锂金属。

35、在本发明的第五个方面，本发明提出了一种用电设备。根据本发明的实施例，所述用电设备包括上述锂电池。所述用电装置与上述锂电池相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

36、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。