CN103165936A - 固定电解质及使用该固体电解质的锂基电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种固体电解质，其包括一互穿网络聚合物、一锂盐以及一增塑剂，该增塑剂及该锂盐分散在该互穿网络聚合物中。其中，该互穿网络聚合物包括
Figure 2011104236607100004DEST_PATH_IMAGE001
链节，且是由一第一单体
Figure 2011104236607100004DEST_PATH_IMAGE002
、第二单体以及一引发剂发生聚合反应而得到的，其中，R1、R2及R3均含有基团-C=C-或基团-C≡C-，R4为烷基或氢原子，m及n值为整数，所述第一单体的分子量及第二单体的分子量分别大于等于100且小于等于800；所述第一单体与所述第二单体的质量比小于等于50%，所述锂盐与所述第二单体的质量比小于等于10%，所述增塑剂为多臂星大分子。本发明还提供一种使用上述固体电解质的锂基电池。该锂基电池包括一正极片、一负极片以及上述固体电解质，该固体电解质贴合设置于该正极片与负极片之间。

Description

固定电解质及使用该固体电解质的锂基电池
技术领域
本发明涉及一种固体电解质及使用该固体电解质的锂基电池，尤其涉及一种基于互穿网络聚合物的电解质及使用该电解质的锂基电池。
背景技术
目前，随着电动汽车及便携式电子设备如手机、数码相机和笔记本电脑等的迅猛发展，市场对高功率、高能量密度电池的需求越来越大。锂基电池是迄今为止已经实用化的电池中电压最高、能量密度最大的电池，具有良好的发展前景。
锂基电池包括锂离子电池和锂金属电池。无论是何种锂基电池，电解质都是影响该电池性能好坏的重要因素。固体电解质尤其是固体聚合物电解质具有不易挥发、防爆炸、较优的柔性及电化学性质稳定等优点，所以，自从提出固体聚合物电解质的概念之后，固体聚合物电解质就成为目前锂基电池电解质研究的重点。含有                                               
Figure 2011104236607100002DEST_PATH_IMAGE001
链节的聚合物与一般的锂离子盐有较好的兼容性，因此，该含有
Figure 118978DEST_PATH_IMAGE001
链节的聚合物可以作为锂基电池的固体电解质。但，现有的具有
Figure 428737DEST_PATH_IMAGE001
链节的固体聚合物电解质存在聚合物的结晶度较高的问题，从而使得该固体电解质的离子电导率偏低及热稳定性较差。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种含有
Figure 499461DEST_PATH_IMAGE001
链节且具有较高的离子电导率及较好的热稳定性的固体电解质及具有较长使用寿命的锂基电池。
一种固体电解质，其包括一互穿网络聚合物、一锂盐以及一增塑剂，该增塑剂及该锂盐分散在该互穿网络聚合物中。其中，该互穿网络聚合物包括链节，且是由一第一单体
Figure 2011104236607100002DEST_PATH_IMAGE002
、第二单体以及一引发剂发生聚合反应而得到的，其中，R1、R2及R3均含有基团-C=C-或基团-C≡C-，R4为烷基或氢原子，m及n值为整数，所述第一单体的分子量及第二单体的分子量分别大于等于100且小于等于800；所述第一单体与所述第二单体的质量比小于等于50%，所述锂盐与所述第二单体的质量比小于等于10%。
一种锂基电池，其包括一正极片、一负极片以及一固体电解质，该固体电解质贴合设置于该正极片与负极片之间。其中，该固体电解质包括一互穿网络聚合物、一锂盐以及一增塑剂，该增塑剂及该锂盐分散在该互穿网络聚合物中。该互穿网络聚合物包括
Figure 268014DEST_PATH_IMAGE001
链节，且是由一第一单体
Figure 748674DEST_PATH_IMAGE002
、第二单体
Figure 103432DEST_PATH_IMAGE003
以及一引发剂发生聚合反应而得到的，其中，R1、R2及R3均含有基团-C=C-或基团-C≡C-，R4为烷基或氢原子，m及n值为整数，所述第一单体的分子量及第二单体的分子量分别大于等于100且小于等于800；所述第一单体与所述第二单体的质量比小于等于50%，所述锂盐与所述第二单体的质量比小于等于10%。
与现有技术相比较，本发明提供的固体电解质及使用该固定电解质的锂基电池具有以下优点：所述固体聚合物电解质中的互穿网络聚合物的支链具有较低的结晶度，同时所述增塑剂可以抑制所述互穿网络聚合物结晶，进一步降低该互穿网络聚合物的结晶度，从而使得该固体聚合物电解质具有较高的离子电导率，同时也使得该互穿网络聚合物具有较高的玻璃转化温度，从而使得该固体电解质仍具有较高的较好的热稳定性，从而使得使用该固体电解质的锂基电池具有较高的安全性和使用寿命。
附图说明
图1是本发明实施例提供的锂金属电池的结构示意图。
图2是图1中的固体电解质六臂星大分子（SM400）-互穿网络聚合物（IPN）-高氯酸盐（LiClO4）的傅立叶-红外光谱图，其中，该固体电解质中的LiClO4与甲氧基聚乙二醇-350单丙烯酸酯（PEG350mA）的质量比不同。
图3是图1中的固体电解质SM400-IPN-LiClO4的热重曲线图，其中，该固体电解质中的LiClO4与PEG350mA的质量比不同。
图4是图1中的固体电解质SM400-IPN-LiClO4及IPN-LiClO4的离子电导率曲线图，其中，该固体电解质中的LiClO4与PEG350mA的质量比不同。
图5是图1中的锂金属电池的恒电位阶跃图以及起始态和稳态的交流阻抗图。
图6是图1中的锂金属电池的交流阻抗图。
主要元件符号说明
锂金属电池 100
正极片 110
正极集流体 112
正极材料层 114
固体电解质 120
负极片 130
负极集流体 132
负极材料层 134
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
本发明提供的固体电解质包括一互穿网络聚合物（interpenetrating polymer networks, 简称IPN）、一锂盐以及一增塑剂，其中，该锂盐以及增塑剂分散在该IPN中。该IPN是由一第一单体
Figure 960529DEST_PATH_IMAGE002
、一第二单体
Figure 654816DEST_PATH_IMAGE003
以及一引发剂发生聚合反应而得到的。其中，R1、R2及R3均含有基团-C=C-或基团-C≡C-，R4为烷基或氢原子，该IPN包括
Figure 119426DEST_PATH_IMAGE001
链节。
所述IPN为该固体电解质的基体，主要用来承载所述锂盐的。该IPN为线状IPN，为开环结构，主要呈树枝状。所述第一单体中的R1、R2及第二单体R3可以为不饱和烃基或不饱和脂肪酮基，如，乙烯基（-CH=CH2）、乙炔基（-C≡CH）、丙烯基（-CH=CH-CH3或-(CH3)C=CH2）、丙炔基（-C≡C-CH3）或丙烯酮基（
Figure 2011104236607100002DEST_PATH_IMAGE004
）。其中，R1、R2及R3可以相同也可以不相同。所述第二单体中的R4可以为烷基或氢原子，如，甲基（-CH3）、乙基（-CH2-CH3）、丙基（-CH2-CH2-CH3或-CH-(CH3)2）。m及n值为整数，所述第一单体的分子量及第二单体的分子量分别大于等于100且小于等于800，优选地，所述第一单体的分子量及第二单体的分子量分别大于等于200且小于等于600。所述第一单体与所述第二单体的质量比小于等于50%，优选地，该第一单体与第二单体的质量比小于等于20%。所述引发剂是用来引发所述第一单体及第二单体发生产生自由基并发生聚合反应以形成所述互穿网络聚合物的。所述引发剂可以是热引发剂或光引发剂。其中，所述热引发剂可以为氯气、溴气、有机过氧化物或偶氮类引发剂等。该光引发剂可以为1-羟基环己基苯基甲酮（HCPK）、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮（MMMP）或二羟甲基丙酸（DMPA）等。其中，本文中所述的“质量比”指的是两种物质的质量的比值，且该两种物质的质量的比值用百分数表示。因此，上述的“所述第一单体与所述第二单体的质量比小于等于50%”指的是第一单体的质量与所述第二单体质量的比值小于等于50%，也可以说，第一单体的质量小于等于第二单体的质量的50%。
所述IPN的制备方法包括以下步骤：
S10，提供所述第一单体、所述第二单体、以及所述引发剂；
S20，混合所述第一单体、所述第二单体、以及所述引发剂，形成一混合物，且该第一单体与第二单体的质量比小于等于50%；以及
S30，所述第一单体、第二单体及所述引发剂发生聚合反应生成所述IPN。
步骤S10中，所述光引发剂与所述第一单体及第二单体中能够发生聚合的官能团有关，所以，该光引发剂要依据所述第一单体及第二单体来确定，不同的第一单体及第二单体能够发生聚合形成互穿网络聚合物所需要的光引发剂也可能不相同。所述引发剂的类别也决定后续发生聚合反应的方法。
步骤S20可以为：先混合所述第一单体及第二单体，再加入所述引发剂，然后搅拌该三者的混合物。其中，所述引发剂的加入量比较小，通常该引发剂的加入量与第二单体的加入量的质量比小于1%。
所述引发剂为光引发剂时，所述步骤S30包括以下分步骤：将所述混合物置于一保护气体中，采用紫外光照射所述混合物使得所述第一单体、第二单体以及光引发剂充分发生聚合反应生成所述IPN；以及加热所述IPN以干燥该IPN。其中，所述保护气体为氮气或惰性气体，惰性气体包括氦气、氖气、氩气、氪气及氙气等气体。所述紫外光照射时间为30分钟～2小时；优选地，紫外光照射时间为45分钟～1.5小时。该紫外光的波长可以为365纳米。所述加热IPN的目的是为了去除在生成该IPN的过程中使用的溶剂，以得到干燥的IPN。所述加热温度为50℃～100℃；优选地，该加热温度为60℃～90℃。所述加热时间为5小时～24小时；优选地，该加热时间为7小时～12小时。
当所述引发剂为热引发剂时，该步骤S30主要是通过热聚合法制备所述IPN。还可以包括以下步骤：将所述混合物置于一保护气体中，加热所述混合物，使得所述第一单体、第二单体以及热引发剂充分发生聚合反应生成所述IPN。其中，该聚合反应的过程中，加热所述混合物的温度小于等于80℃，优选地，该加热温度大于等于40℃，且小于等于70℃，如50℃。加热该混合物的时间以0.5小时～24小时为宜，优选地，该加热时间大于等于1小时，且小于等于12小时，如2小时，8小时等。
当所述IPN主要是由第一单体聚乙二醇双甲基丙烯酸酯（PEGdiA）及第二单体为甲氧基聚乙二醇单丙烯酸酯（PEGmA）聚合而形成，该IPN的制备方法可以为：提供所述PEGdiA、PEGmA以及所述引发剂；混合该PEGdiA、PEGmA以及引发剂形成一混合物，且PEG200diA与PEG350mA的质量比小于等于50%；然后，将该混合物置于所述保护气体中，采用紫外光照射所述混合物或加热该混合物使得所述PEGdiA、PEGmA以及引发剂充分发生聚合反应生成所述IPN。
可以理解，所述紫外光-原位聚合法中的紫外光的照射时间，以及热聚合法中的加热温度及加热时间与所述第一单体及第二单体的加入量和种类有关，而且这些参数的设定均是为了所述第一单体及第二单体能够充分发生聚合反应。
所述锂盐在该固体电解质中主要用来传导离子的。该锂盐均匀分散在所述IPN中，且主要在该IPN中形成固溶体。锂盐可以为高氯酸锂（LiClO4）、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂或双草酸硼酸锂等。还可以为锰酸锂（LiMn2O4）、磷酸铁锂（LiFePO4）、镍酸锂（LiNiO2）及钴酸锂（LiCoO2）等锂离子电池的电极活性材料。在所述固体电解质中，该锂盐与所述第二单体的质量比可以小于等于10%。
所述增塑剂可以为多臂星大分子，如，四臂星大分子或六臂星大分子。该多臂星大分子均匀分布在所述IPN中，并主要起到抑制所述IPN结晶度作用，从而降低所述IPN的交联度及结晶度，并提高该IPN中的支链的活性，因此，可以提高该固体电解质的离子电导率，使得该固体电解质在室温下也具有较高的离子电导率。如，该增塑剂可以是由间苯三酚、三氯氧磷及甲基聚乙二醇（MPGE）聚合发生反应得到的六臂星大分子（six-arm star macromolecule,简称SM），该SM的分子量可以为120，400，600或750等。当该SM的分子量为400时，简写为SM400。另，该增塑剂SM中含有磷酸酯基团，由于磷酸酯基团可以起到阻燃剂的作用，所以该增塑剂SM也可以起到阻止所述固体电解质燃烧的作用，从而提高该固体电解质的热稳定性。
所述IPN的支链具有较低的结晶度，使得使用该IPN的固体电解质具有较高的离子电导率。同时，该IPN中包含有链节，该链节中的氧原子O对锂盐中的锂离子Li+有较好的结合力，而且所述多壁星大分子可以促进降低所述互穿网络聚合物的交联度及结晶度，并提高该互穿网络聚合物中的侧链的活性，因此，该IPN与锂盐具有较好的兼容性，从而使得该固体电解质即使在锂盐含量较低的情况下以及室温下也具有较高的离子电导率。由于该IPN的支链具有较低的结晶度，还使得该IPN具有较高的玻璃转化温度，从而使得该IPN具有好的热稳定性及电化学稳定性，进而使得该固体电解质的热稳定性及电化学稳定性也较好。如，当所述增塑剂为SM400，所述IPN由第一单体为聚乙二醇-200双甲基丙烯酸酯（PEG200diA）及第二单体为甲氧基聚乙二醇-350单丙烯酸酯（PEG350mA）聚合形成时，该固体电解质的完全分解温度高于250℃，因此，该固体电解质具有较好的热稳定性，也使得使用该固体电解质的锂基电池比较安全。其中，PEG200diA中的200指的是该单体的分子量大约为200，PEG350mA中的350指的是该单体的分子量大约为350。
所述固体电解质的制备方法与所述IPN的制备方法基本相同，不同之处在于：该固体电解质的制备方法在该IPN的制备方法的基础上添加所述锂盐及所述多臂星大分子。具体地，在所述步骤S10中进一步提供所述锂盐及所述多臂星大分子；步骤S20则混合所述第一单体、所述第二单体、所述引发剂、所述锂盐以及所述多臂星大分子得到所述混合物，并将该混合物浇注到一板材上，如聚四氟乙烯板材；然后再采用步骤S30的方法处理置于板材上的混合物，就可以得到一自支撑的固体电解质膜。
本发明还提供一使用上述固体电解质的锂基电池。该锂基电池包括一正极片、一负极片以及所述固体电解质。该外部封装结构将正极片、负极片及固体电解质封装其间。该正极片与负极片层叠设置，并通过所述固体电解质相互间隔，即该固体电解质贴合设置于该层叠的正极片及负极片之间。
依据锂基电池的类型的不同，所述正极片及负极片的结构也不同。当该基电池为锂金属电池时，所述正极片的材料可以为二氧化锰、硫化亚铁、二氧化硫或亚硫酰氯等材料，该正极片的材料还可以纯锂金属或锂合金。所述负极片的材料为纯锂金属或锂合金。可以理解，当所述正极片及负极片均为锂金属或锂合金时，该锂金属电池可以为二次电池。
当该锂基电池为锂离子电池时，该正极片包括一片状的正极集流体及形成于该正极集流体表面的正极材料层。该负极片包括一片状的负极集流体及形成于该负极集流体表面的负极材料层。该正极材料层与负极材料层相对且通过所述固体电解质间隔，并与所述固体电解质贴合设置。该正极集流体和负极集流体的材料均为金属，该正极集流体可以为铝箔或钛箔，该负极集流体可以为铜箔或镍箔。该正极集流体和负极集流体的厚度分别可为1微米~200微米。该正极材料层包括均匀混和的正极活性物质、导电剂及粘结剂。该负极材料层可以包括均匀混合的负极活性物质、导电剂及粘结剂。该正极活性物质可以为锰酸锂、钴酸锂、镍酸锂或磷酸铁锂等，该负极活性物质可以为天然石墨、有机裂解碳或中间相碳微球(MCMB)等，所述导电剂可以为石墨、乙炔黑及碳纳米管中的一种或多种；所述粘结剂可以为PVDF、聚四氟乙烯(PTFE)及SBR中的一种或多种。可以理解，该正极活性物质、负极活性物质、导电剂及粘结剂也可采用其他常用的材料。该正极片的整体厚度约为100微米~300微米，优选为200微米。该负极片的整体厚度约为50微米~200微米，优选为100微米。
下面将结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。
请参阅图1，本发明实施例提供一种锂金属电池100，该锂金属电池100包括一锂金属正极片110、所述固体电解质120以及一锂金属负极片130。所述固体电解质120为SM400-IPN-LiClO4，具体地，该固体电解质120是由SM400、LiClO4以及IPN组成，且该SM400是由间苯三酚、三氯氧磷及甲基聚乙二醇聚合发生反应得到的分子量为400的聚合物，其中，间苯三酚、三氯氧磷及甲基聚乙二醇之间发生的反应如式（1）所示；该IPN是由PEG350Ma、PEG200diA以及DMPA通过紫外光-原位聚合法而形成的，该PEG350Ma、PEG200diA以及DMPA聚合反应如式（2）所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE005
式（1）
Figure 2011104236607100002DEST_PATH_IMAGE006
式（2）
其中，上述式（2）中的下角标a、b、c、x、y、z、o、p、q均为整数，式（2）中的UV代表紫外照射。另外，所述PEG200diA与PEG350mA的质量比应小于等于50%，LiClO4与PEG350mA的质量比小于等于10%。
该SM400-IPN-LiClO4固体电解质的制备方法包括以下步骤：
首先，制备SM400。该SM400的制备方法为：将间苯三酚-乙腈溶液逐滴加入三氯氧磷中，得到一混合物，将该混合物搅拌24小时，得到一中间溶液；然后，将MPEG-400溶解在乙腈中并加到上述中间溶液中，48小时之后，去除挥发性溶剂就可以得到SM400。
其次，在室温下以及氩气环境中，搅拌混合一定质量比的PEG350mA，PEG200diA，DMPA，SM400和LiClO4，得到一混合物；然后，将该混合物置于一聚四氟乙烯板上，紫外光照射1小时；接下来，在80度加热上述混合物大约8小时就可以使得PEG350mA和PEG200diA完全聚合得到IPN，至此得到所述自支撑的固体电解质120。其中，PEG200diA与PEG350mA的质量比为2.5%，DMPA与PEG350mA的质量比为0.1%，LiClO4与PEG350mA的质量比小于等于10%。
其中，LiClO4的含量对该固体电解质120的各个性能的影响如下所示。其中，图2至图4中的LiClO4的含量是用LiClO4与PEG350mA的质量比表示的。
（1）该固体电解质120中的各成分之间的兼容性
请参阅图2，在1088 cm-1处的特征峰主要是由官能团C-O-C的伸缩振动引起的，所以通过官能团C-O-C的伸缩振动的特征峰值的变化可以看出LiClO4与SM400-IPN的兼容性。从图2中可以看出：随着LiClO4与PEG350mA的质量比的增加，官能团C-O-C的特征峰从1088 cm-1转移到1077 cm-1，这说明该官能团C-O-C中的氧原子与Li+有很强的作用力。这主要是因为该官能团C-O-C中的电子云主要集中在氧原子上，使得氧原子带有负电荷，当LiClO4分散到IPN中时，Li+会与氧原子结合，使得氧原子上的电子云密度降低。因此，随着LiClO4含量的增加，该官能团C-O-C中的氧原子与碳原子之间的作用力减弱，所以官能团C-O-C的红外特征峰值会发生紫移。
另外，有研究表明，SM400几乎对官能团C-O-C的红外特征峰值没有影响，所以，该官能团C-O-C中的氧原子与Li+有很强的作用力就可以说明该固体电解质中的各成分之间有很好的兼容性。
（2）该固体电解质120的热稳定性分析
请参阅图3，其中，该图的纵坐标“质量比”指的是所述固体电解质120在某一温度下的总质量占该固体电解质120的初始质量的质量百分比。从图3的热重分析曲线可以看出：该固体电解质SM400-IPN-LiClO4具有两个降解阶段。第一降解阶段大约在250℃开始，并大约在350℃结束；然而第二阶段的降解速率则随着LiClO4含量的增加而增加。经过进一步研究发现，SM400的分解温度在220℃至320℃之间，所以，第一降解阶段主要是由SM400的分解而引起的，而第二降解阶段则主要是由IPN被LiClO4氧化而分解所引起的。这也说明，该固体电解质SM400-IPN-LiClO4的完全分解温度会随着SM400含量的增加而降低。即使这样，该固体电解质SM400-IPN-LiClO4的完全分解温度高于250℃，这表明该固体电解质还是具有较高的热稳定性的，此外，该SM400中含有磷酸酯基团，具有阻燃的作用，所以，该固体电解质用在锂基电池中是安全的。
（3）对上述固体电解质SM400-IPN-LiClO4的离子电导率分析
图4中的横坐标“1000/T”中的“T”表示测量的开尔文温度。“1000/T”表示1000开尔文与测量温度的比值，因此，当“1000/T”的值越小时，就表示测量温度越大；反之，当“1000/T”的值比较大时，测量温度就比较小。另外，该图中的图例说明“2.5%--SM400”、“5%--SM400”、“7.5%--SM400”以及“10%--SM400”则代表所述测量的离子电导率是固体电解质SM400-IPN-LiClO4的离子电导率，且该固体电解质中的LiClO4与PEG350mA的质量比分别为2.5%、 5%、 7.5%、 10%。该图中的图例说明不包括“--SM400”的代表所述测量的固体电解质中是不含有SM400的IPN-LiClO4电解质。
从图4可以看出：该固体电解质的离子电导率随着“1000/T”的值的增大而降低，即，固体电解质的离子电导率随着使用温度的降低而降低。在相同的温度下，随着LiClO4含量的增加，在LiClO4与PEG350mA的质量比大约为5%时，该固体电解质具有最大的离子电导率，而且该固体电解质SM400-IPN-LiClO4在20℃时的离子电导率可以达到6.06×10-5 S cm-1，而在80℃时的离子电导率为3.64×10-4 S cm-1。
另外，从图4中还可以看出：在相同条件下，加入SM400可以提高IPN- LiClO4固体电解质的离子电导率，如，在20℃且LiClO4与PEG350mA的质量比大约为5%时，SM400可以使得电解质IPN-LiClO4的离子电导率从2.14×10-5 S cm-1提高到6.06×10-5 S cm-1。这是因为SM400可以抑制IPN结晶，降低IPN的结晶度的作用，所以SM400可以提高固体电解质的离子电导率。此外，SM400增强固体电解质的离子电导率的功能随着温度的升高而降低。
（4）该锂金属电池100的锂离子迁移数t+
本实施例通过布鲁斯（Bruce）方法测定该锂金属电池100的锂离子迁移数。其中，离子迁移数t+的计算公式如下所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
其中，V代表施加给所述锂金属电池100的恒电压，R0、Rs分别代表锂电极的起始和稳态电阻，I0、Is分别代表该锂金属电池100的起始和稳态电流。
本实施例中，所述固体电解质120中的LiClO4与PEG350mA的质量比大约为5%。从图5可以看出：当给定大约为10毫伏的恒压V时，该锂金属电池100的响应电流在9小时之后达到稳定状态；且该锂金属电池100的起始电流I0为6.254×10-6安培，稳定电流Is为2.5×10-6安培。通过上面的离子迁移数公式可以计算出该Li+迁移数大约为0.400。Li+迁移数能够达到0.4主要是由于所述IPN中的侧链的活性比较好。该Li+迁移数能够达到0.4同时证明该固体电解质SM400-IPN-LiClO4可以用在该锂金属电池100中。
（5）该锂金属电池100中的固体电解质120与锂金属电极的电化学兼容性分析
将所述固体电解质SM400-IPN-LiClO4应用在锂金属电池中组成原电池Li| (SM400-IPN-LiClO4) |Li。请参阅图6，图6为在中频范围内的交流阻抗图。该交流阻抗图中的半圆的延伸范围比较大，最终在电阻达到2300欧姆时达到稳定状态。该图中的半圆表示锂金属电极在与所述固体电解质的界面上不断形成钝化层；该半圆在右侧时保持完全的半圆形状、不在有变化，说明该钝化层趋于稳定，从而使得该固体电解质SM400-IPN-LiClO4有较好的电化学稳定性。从而证明该固体电解质SM400-IPN-LiClO4不仅可以用在锂离子电池中，还可以用在二次锂金属电池中。
本发明实施例提供的固体电解质中的互穿网络聚合物中的支链具有较低的结晶度，从而使得该固体电解质具有较高的离子电导率，同时由于该互穿网络聚合物中还包含有链节
Figure 435318DEST_PATH_IMAGE001
，该链节中的O原子对锂盐中的锂离子Li+有较好的结合力；另外，所述多臂星大分子，尤其是SM400在该固体电解质中可以起到抑制互穿网络聚合物结晶的作用，降低互穿网络聚合物的结晶度及侧链的交联度，使得该互穿网络聚合物具有较高的活性，因此，即使在锂盐含量较低以及常温的情况下，所述固体电解质也具有较高的离子电导率。该固体电解质中的互穿网络聚合物的侧链具有较低的结晶度及交联度，使得该互穿网络聚合物具有较高的玻璃转化温度，使得该互穿网络聚合物具有好的热稳定性及电化学稳定性，从而使得该固体电解质的热稳定性及电化学稳定性也较好，而且本案的多臂星大分子中含有具有阻燃功能的磷酸酯基团，进而使得使用该固体电解质的锂基电池具有较高的安全性及使用寿命。另，当所述固体电解质为SM400-IPN-LiClO4时，SM400可以促进锂离子迁移，使得锂离子的迁移率可以达到0.4，而且该固体电解质对锂金属电极具有较好的电化学稳定性，因此该固体电解质不仅可以用在锂离子电池中，还可以用在二次锂金属电池中。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (22)

1.一种固体电解质，其包括一互穿网络聚合物、一增塑剂以及一锂盐，该增塑剂及该锂盐分散在该互穿网络聚合物中，该互穿网络聚合物包括                                               
Figure 2011104236607100001DEST_PATH_IMAGE001
链节，且是由一第一单体、第二单体
Figure 2011104236607100001DEST_PATH_IMAGE003
以及一引发剂发生聚合反应而得到的，其中，R1、R2及R3均含有基团-C=C-或基团-C≡C-，R4为烷基或氢原子，m及n值为整数，所述第一单体的分子量及第二单体的分子量分别大于等于100且小于等于800；所述第一单体与所述第二单体的质量比小于等于50%，所述锂盐与所述第二单体的质量比小于等于10%。
2.如权利要求1所述的固体电解质，其特征在于，所述互穿网络聚合物为开环结构。
3.如权利要求1所述的固体电解质，其特征在于，所述R1、R2及R3基团为不饱和烃基或不饱和脂肪酮基。
4.如权利要求3所述的固体电解质，其特征在于，所述R1、R2及R3基团为乙烯基、丙烯基、乙炔基或丙烯酮基。
5.如权利要求1所述的固体电解质，其特征在于，所述第一单体的分子量及第二单体的分子量分别大于等于200且小于等于600。
6.如权利要求1所述的固体电解质，其特征在于，所述锂盐为高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍酸锂及钴酸锂中的一种或任意组合。
7.如权利要求1所述的固体电解质，其特征在于，所述引发剂为光引发剂，该光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉-1-丙酮或二羟甲基丙酸。
8.如权利要求1所述的固体电解质，其特征在于，所述引发剂为为热引发剂，该热引发剂为氯气、溴气、有机过氧化物或偶氮类引发剂。
9.如权利要求1所述的固体电解质，其特征在于，所述增塑剂为多臂星大分子。
10.如权利要求9所述的固体电解质，其特征在于，所述多臂星大分子为四臂星大分子或六臂星大分子。
11.如权利要求1所述的固体电解质，其特征在于，所述第一单体为聚乙二醇-200双甲基丙烯酸酯，第二单体为甲氧基聚乙二醇-350单丙烯酸酯，所述引发剂为二羟甲基丙酸，锂盐为高氯酸锂。
12.如权利要求11所述的固体电解质，其特征在于，所述增塑剂为六臂星大分子，且该六臂星大分子是由间苯三酚、三氯氧磷及甲基聚乙二醇聚合得到的聚合物。
13.如权利要求12所述的固体电解质，其特征在于，所述六臂星大分子的分子量为120、400、600或750。
14.一种锂基电池，其包括一正极片、一负极片以及一固体电解质，该固体电解质贴合设置于该正极片与负极片之间，其特征在于，该固体电解质包括一互穿网络聚合物、一增塑剂以及一锂盐，该互穿网络聚合物是由一第一单体
Figure 599565DEST_PATH_IMAGE002
、第二单体
Figure 911598DEST_PATH_IMAGE003
以及一光引发剂发生聚合反应而得到的，其中，R1、R2及R3均含有基团-C=C-或基团-C≡C-，R4为烷基或氢原子，m及n值为整数，所述第一单体的分子量及第二单体的分子量分别大于等于100且小于等于800；所述第一单体与所述第二单体的质量比小于等于50%，所述锂盐与所述第二单体的质量比小于等于10%。
15.如权利要求14所述的锂基电池，其特征在于，所述R1、R2及R3基团为不饱和烃基或不饱和脂肪酮基。
16.如权利要求14所述的锂基电池，其特征在于，所述R1、R2及R3基团为乙烯基、丙烯基、乙炔基或丙烯酮基。
17.如权利要求14所述的锂基电池，其特征在于，所述增塑剂为多臂星大分子。
18.如权利要求14所述的锂基电池，其特征在于，所述第一单体为聚乙二醇-200双甲基丙烯酸酯，第二单体为甲氧基聚乙二醇-350单丙烯酸酯，所述引发剂为二羟甲基丙酸，锂盐为高氯酸锂。
19.如权利要求18所述的锂基电池，其特征在于，所述聚乙二醇-200双甲基丙烯酸酯与甲氧基聚乙二醇-350单丙烯酸酯的质量比为2.5%，所述高氯酸锂与甲氧基聚乙二醇-350单丙烯酸酯的质量比为5%，所述二羟甲基丙酸与甲氧基聚乙二醇-350单丙烯酸酯的质量比为0.1%。
20.如权利要求19所述的锂基电池，其特征在于，所述增塑剂为六臂星大分子，且该六臂星大分子是由间苯三酚、三氯氧磷及甲基聚乙二醇聚合得到的分子量为400的聚合物。
21.如权利要求20所述的锂基电池，其特征在于，所述正极片及负极片均为锂金属或锂合金。
22.如权利要求14所述的锂基电池，其特征在于，所述锂基电池为锂金属电池或锂离子电池。
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