一种固态电解质及其制备方法、一种固态锂电池及其制备方法与流程

本发明涉及固态锂电池，具体涉及一种固态电解质及其制备方法、一种固态锂电池及其制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长等优势。目前，锂离子电池已用于许多产品，如消费电子产品、电动/混合电动汽车或固定式储能系统等。然而，使用传统有机液体电解质，由于锂枝晶的生长和液体有机电解质的低闪点，通常会带来严重的安全隐患。由于固态聚合物电解质具有足够的杨氏模量和高的热稳定性，因此被认为是解决枝晶和安全问题的良好选择。

2、众多聚合物基固态电解质中，peo基被认为是最理想的聚合物基体。但由于peo基电解质的刚性较大，导致与电极的界面相容性相对较差，离子电导率低。而且，peo基电解质还存在电化学稳定窗口窄的缺点，严重阻碍了在锂电池中的广泛应用。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明的目的在于提供一种固态电解质及其制备方法、一种固态锂电池及其制备方法。本发明提供的固态电解质具有离子电导率高、电化学稳定窗口宽的优势。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供了一种固态电解质，所述固态电解质包括：丙烯酸酯类聚合物基质和负载在丙烯酸酯类聚合物基质中的腈基锂盐和添加剂；所述丙烯酸酯类聚合物基质为丙烯酸酯类聚合物和丙烯酸酯类单体的共聚物；

3、所述丙烯酸酯类聚合物包括甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯、聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯和聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种或几种。

4、优选地，所述丙烯酸酯类单体包括丙烯酸丁酯、2-氰基乙基丙烯酸酯、双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯和四甘醇二丙烯酸酯中的一种或几种。

5、优选地，所述腈基锂盐的质量和所述丙烯酸酯类聚合物基质的质量比为1:1～5；所述丙烯酸酯类单体和丙烯酸酯类聚合物的摩尔比为1:2～2.5。

6、优选地，所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯和/或碳化钒。

7、优选地，所述添加剂的质量为丙烯酸酯类聚合物质量的0.5～5％。

8、本发明还提供了上述所述的固态电解质的制备方法，包括以下步骤：将丙烯酸酯类单体、丙烯酸酯类聚合物、锂盐溶液、添加剂和热引发剂混合，得到聚合物-锂盐混合液；所述混合的温度为10～30℃；所述锂盐溶液包括锂盐和腈类溶剂；

9、将所述聚合物-锂盐混合液加热聚合，得到所述固态电解质。

10、优选地，所述加热聚合的温度为70～80℃，保温时间为10～13h。

11、本发明还提供了一种固态锂电池隔膜，包括电池隔膜以及聚合于电池隔膜表面和孔隙中的固态电解质；所述固态电解质为上述所述的固态电解质或者上述所述制备方法制备得到的固态电解质。

12、本发明还提供了一种固态锂电池，包括正极、负极和固态电解质隔膜，所述固态电解质为上述所述的固态电解质隔膜。

13、本发明还提供了上述所述的固态锂电池的制备方法，包括以下步骤：

14、将电池隔膜浸泡至聚合物-锂盐混合液中，得到聚合物隔膜；

15、将电极、所述聚合物隔膜和所述聚合物-锂盐混合液组装后，加热聚合，得到所述固态锂电池；所述聚合物-锂盐混合液为上述所述制备方法中制备得到的聚合物-锂盐混合液。

16、本发明提供了一种固态电解质，包括丙烯酸酯类聚合物基质和负载在丙烯酸酯类聚合物基质中的腈基锂盐和添加剂；所述丙烯酸酯类聚合物基质为丙烯酸酯类聚合物和丙烯酸酯类单体的共聚物；所述丙烯酸酯类聚合物包括甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯、聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯和聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种或几种。本发明通过在固态电解质中，引入腈基锂盐作为增塑剂提高聚合物的氧化稳定性电解质，使其拥有更高的电化学稳定窗口。而且，腈基锂盐可以为丙烯酸酯类聚合物与丙烯酸酯类单体提供两相离子通道，提高所述固态电解质的离子电导率和电荷移动速度，另外，腈基锂盐中-c≡n可与阴极通过π-π耦合作用降低寄生反应率，从而减少不良反应沉积在正极表面，进一步提高所述固态电解质的离子电导率和电荷移动速度。

技术特征：

1.一种固态电解质，其特征在于，所述固态电解质包括：丙烯酸酯类聚合物基质和负载在丙烯酸酯类聚合物基质中的腈基锂盐和添加剂；所述丙烯酸酯类聚合物基质为丙烯酸酯类聚合物和丙烯酸酯类单体的共聚物；

2.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述丙烯酸酯类单体包括丙烯酸丁酯、2-氰基乙基丙烯酸酯、双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯和四甘醇二丙烯酸酯中的一种或几种。

3.根据权利要求1或2所述的固态电解质，其特征在于，所述腈基锂盐的质量和所述丙烯酸酯类聚合物基质的质量比为1:1～5；所述丙烯酸酯类单体和丙烯酸酯类聚合物的摩尔比为1:2～2.5。

4.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于，所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯和/或碳化钒。

5.根据权利要求1或4所述的固态电解质，其特征在于，所述添加剂的质量为丙烯酸酯类聚合物质量的0.5～5％。

6.权利要求1～5任一项所述固态电解质的制备方法，包括以下步骤：

7.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述加热聚合的温度为70～80℃，保温时间为10～13h。

8.一种固态电解质隔膜，其特征在于，包括电池隔膜以及聚合于电池隔膜表面和孔隙中的固态电解质；所述固态电解质为权利要求1～5任一项所述的固态电解质或者权利要求6或7所述制备方法制备得到的固态电解质。

9.一种固态锂电池，其特征在于，包括正极、负极和固态电解质隔膜；所述固态电解质隔膜为权利要求8所述的固态电解质隔膜。

10.权利要求9所述的固态锂电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及固态锂电池技术领域，具体涉及一种固态电解质及其制备方法、一种固态锂电池及其制备方法。本发明提供的固态电解质包括：丙烯酸酯类聚合物基质和负载在丙烯酸酯类聚合物基质中的腈基锂盐和添加剂；所述丙烯酸酯类聚合物基质为丙烯酸酯类聚合物和丙烯酸酯类单体的共聚物；所述丙烯酸酯类聚合物包括甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯、聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯和聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种或几种；所述丙烯酸酯类聚合物包括甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯、聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯和聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种或几种。本发明提供的固态电解质具有离子电导率高、电化学稳定窗口宽的优势。

技术研发人员：刘玉龙,拱义淇,徐平博,谢海明,丛丽娜,孙立群
受保护的技术使用者：吉林省东驰新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14