聚合物固态电解质膜及其制备方法、固态电池及用电装置与流程

本申请涉及固态电池领域，具体而言，涉及一种聚合物固态电解质膜及其制备方法、固态电池及用电装置。

背景技术：

1、聚合物电解质具有良好的安全性、高界面相容性、低成本、易加工等优点，是下一代固态电池的理想材料。相比于传统液态电解质，固态电解质可有效降低漏液及电解液挥发风险，同时规避了传统隔膜热稳定性差、电解液浸润性差等问题。

2、现有的聚合物固态电解质常用的聚合物框架包括：聚偏氟乙烯(pvdf)、聚氧化乙烯(peo)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚丙烯腈(pan)以及多组分共聚材料等，当前使用的聚合物电解质具有柔韧性好、与电极材料的界面阻抗低、成膜性好、成本低等有点，但是其较低的离子传导率以及较差的机械强度严重影响固态电池的电性能及安全性能，尤其是循环寿命，也制约了其商业化、产业化应用。

技术实现思路

1、本申请提供了一种聚合物固态电解质膜及其制备方法、固态电池及用电装置，该聚合物固态电解质膜兼顾良好机械性能和离子传导性质，该聚合物固态电解质膜应用于固态电池中时能够有效提升固态电池的循环性能，且使固态电池具有良好的长短期电性能及安全性能。

2、本申请的实施例是这样实现的：

3、在第一方面，本申请示例提供了一种聚合物固态电解质膜的制备方法，其包括以下步骤：

4、将锌盐、酰亚胺锂盐、聚合物基体以及用于溶解聚合物基体的有机溶剂混合，干燥，获得前驱体；

5、将前驱体预压成型后，将获得的坯体在热压压力为10mpa～15mpa、热压温度为100℃～120℃的条件下热压35min～45min；

6、其中，酰亚胺锂盐的分解温度大于热压温度，聚合物基体的熔融温度≤100℃且玻璃化转变温度≤-15℃，聚合物基体含有极性官能团，极性官能团包括-oh和/或-c-o-c-，以酰亚胺锂盐和聚合物基体共同作为主体，锌盐和主体的质量比为(0.8～1.2):100。

7、本申请提供的制备方法操作简单可控，并且利用特定质量比的原料与特定的热压条件的互相配合，使得聚合物固态电解质膜具有以尺度为纳微米级的含锌离子团聚体颗粒为交联点，形成的柔性链段和刚性链段彼此交替呈现三维网状的嵌段结构，使该聚合物固态电解质膜应用于固态电池中时能够有效提升固态电池的循环性能。

8、在一些实施例中，锌盐包括卤化锌，卤化锌包括氟化锌、氯化锌、溴化锌及碘化锌中的至少一种。

9、在一些实施例中，聚合物基体包括聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚环氧丁烷中的至少一种。

10、在一些实施例中，聚合物基体的分子量为10000-18000。

11、在一些实施例中，聚合物基体的分子量为12000～15000。

12、在一些实施例中，酰亚胺锂盐包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂。

13、在一些实施例中，酰亚胺锂盐和聚合物基体的质量比为(25～35):(65～75)。

14、在一些实施例中，有机溶剂包括苯甲醚、二氯乙烷、氯仿、二甲基甲酰胺中的至少一种。

15、在一些实施例中，预压成型包括：在10mpa～15mpa的条件下压制10min～15min。

16、在一些实施例中，混合的步骤包括：

17、将聚合物基体于有机溶剂，获得聚合物溶液；

18、于搅拌条件下，将锌盐和酰亚胺锂盐与聚合物溶液混合。

19、在一些实施例中，干燥为在50℃～80℃低温真空干燥。

20、在第二方面，本申请示例提供了一种聚合物固态电解质膜，其由本申请第一方面提供的制备方法制得。

21、本申请提供聚合物固态电解质膜具有柔性链段和刚性链段彼此交替呈现三维网状的嵌段结构，该聚合物固态电解质膜应用于固态电池中时能够有效提升固态电池的循环性能，且使固态电池具有良好的长短期电性能及安全性能。

22、在第三方面，本申请示例提供了一种聚合物固态电解质膜，固态电解质膜具有刚性链段与柔性链段交替连接呈现三维网状的嵌段结构；

23、其中，刚性链段是以尺度为纳微米级的含锌离子团聚体颗粒为交联点，通过含锌离子团聚体颗粒与聚合物基体上的极性官能团发生配位反应以使多条聚合物分子链交联形成的具有一定刚性的缠结体，极性官能团包括-oh和/或-c-o-c-；

24、柔性链段为自由状态的聚合物游离分子链。

25、在第四方面，本申请示例提供了一种固态电池，其包括本申请第二方面或第三方面提供的聚合物固态电解质膜。

26、在第五方面，本申请示例提供了一种用电装置，其包括本申请第四方面提供的固态电池。

技术特征：

1.一种聚合物固态电解质膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锌盐包括卤化锌，所述卤化锌包括氟化锌、氯化锌、溴化锌及碘化锌中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物基体包括聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚环氧丁烷中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物基体的分子量为10000-18000。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物基体的分子量为12000～15000。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酰亚胺锂盐包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂。

7.根据权利要求1～6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述主体中，所述酰亚胺锂盐和所述聚合物基体的质量比为(25～35):(65～75)。

8.根据权利要求1～6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括苯甲醚、二氯乙烷、氯仿、二甲基甲酰胺中的至少一种。

9.根据权利要求1～6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述预压成型包括：在10mpa～15mpa的条件下压制10min～15min。

10.根据权利要求1～6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述混合的步骤包括：

11.根据权利要求1～6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述干燥为在50℃～80℃低温真空干燥。

12.一种聚合物固态电解质膜，其特征在于，其由权利要求1～11任一项所述的制备方法制得。

13.一种聚合物固态电解质膜，其特征在于，所述固态电解质膜具有刚性链段与柔性链段交替连接呈现三维网状的嵌段结构；

14.一种固态电池，其特征在于，其包括权利要求12或13所述的聚合物固态电解质膜。

15.一种用电装置，其特征在于，其包括权利要求14所述的固态电池。

技术总结一种聚合物固态电解质膜及其制备方法、固态电池及用电装置，属于电池领域。制备方法包括：将锌盐、酰亚胺锂盐、聚合物基体及有机溶剂混合，干燥，预压成型后在10Mpa～15Mpa、100℃～120℃热压35min～45min；其中酰亚胺锂盐的分解温度大于热压温度，聚合物基体含有极性官能团、熔融温度≤100℃且玻璃化转变温度≤‑15℃，以酰亚胺锂盐和聚合物基体共同作为主体，锌盐和主体的质量比为(0.8～1.2):100。制备的聚合物固态电解质膜具有柔性链段和刚性链段彼此交替的嵌段结构，该聚合物固态电解质膜能够有效提升固态电池的循环性能。技术研发人员：张笑鸣,高天一,张永,姜涛,黄平慧,计结胜受保护的技术使用者：中国第一汽车股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10