CN105591154A - 聚碳酸酯类全固态聚合物电解质及其构成的全固态二次锂电池及其制备和应用 - Google Patents
聚碳酸酯类全固态聚合物电解质及其构成的全固态二次锂电池及其制备和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及固态电解质，具体的说是一种聚碳酸酯类全固态聚合物电解质及其构成的全固态二次锂电池及其制备和应用。全固态聚合物电解质包括聚碳酸酯类高分子、锂盐及多孔支撑材料；其厚度为20-800μm；机械强度为10-80MPa，室温离子电导率为2×10-5S/cm-1×10-3S/cm，电化学窗口大于4V。本发明的全固态聚合物电解质制备容易，成型简单，而且机械性能优良，离子电导率较高，电化学窗口较宽；与此同时该固态电解质有效抑制负极锂枝晶的生长，提高了界面稳定性能和长循环性能。
Description
技术领域
本发明涉及固态电解质，具体的说是一种聚碳酸酯类全固态聚合物电解质及其构成的全固态二次锂电池及其制备和应用。
背景技术
大规模储能系统已经成为未来智能电网的重要组成部分，开发高效储能技术对于提高现有发电系统的利用效率、电力质量和促进可再生能源广泛应用具有重大社会与经济效益。储能技术中最具有工业化推广前景的技术之一是电化学储能技术，锂系电池因其重量轻、比能量/比功率高、寿命长等特点被视为最具竞争力的电化学储能技术之一，而且在储能各环节中的应用也越来越广泛。锂离子电池在结构上主要有五大块：正极、负极、电解液、隔膜、外壳与电极引线。电解质作为电池的重要组成部分之一，它的性能的好坏直接影响锂离子电池的性能的优化和提高。作为一个性能优良的电解质至少应具备三个条件：(1)离子电导率高；(2)电化学稳定性好，即与电极材料有好的相容性和稳定性；(3)耐热性能优异。研究表明，电解质的组成、化学配比和结构决定着电解质的性能，从而最终影响锂离子电池的性能。所以，研究电解液对提高电池的综合性能至关重要。
现有电化学储能锂离子电池电解质包含液态有机溶剂、锂盐和聚烯烃隔膜。使用中电解液易泄露挥发，造成电池“干区”现象，进而限制和影响电池的性能，缩短其使用寿命。同时聚烯烃隔膜尺寸热稳定性差，当电池因为受热或极端情况下，因隔膜收缩或融化而导致短路，从而发生爆炸。以固体电解质替代有机液体电解液的全固态锂电池，在解决传统锂离子电池能量密度偏低和使用寿命偏短这两个关键问题的同时，有望彻底解决电池的安全性问题，符合未来大容量新型化学储能技术发展的方向。与液体电解质相比，在电池中使用全固体聚合物做电解质,具有以下优点：全固态聚合物电解质可抑制枝晶的生长；因可避免液体泄露，提高安全性；电池的形状适应性增强，可适应未来电池的个性化发展，并可通过涂布工艺、层压工艺等进行电池的整体制造。
对于全固态锂二次电池的研究，按电解质区分主要包括两大类：一类是以有机聚合物电解质组成的锂离子电池，也称为聚合物全固态锂电池；另一类是以无机固体电解质组成的锂离子电池，又称为无机全固态锂电池。在聚合物电解质中，形成聚合物的基体的有用聚合物包括聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯和聚偏氯乙烯。公开的聚合物电解质实例如下：US4792504描述了一种聚合物电解质，它含有聚二甲基丙烯酸乙二醇/聚环氧乙烷，但其机械性能不高。CN200710144760描述了一种添加超细粉填料于聚环氧乙烷的电解质，机械性能良好，但其离子电导率不是很高。CN1411475描述了一种包含两亲性接枝共聚物的聚合物电解质。CN1428363A描述了一种纳米孔聚合物电解质膜，有较优良的充放电性能和循环性能，这两种膜性质较为不错，但都是其凝胶聚合物电解质。
聚氧化乙烯(PEO)/锂盐型电解质在全固态锂聚合物电池中已有应用，但从实用化角度来看仍然有些问题需要解决：线形和接枝聚合物机械性能较差，不易制得独立支撑的聚合物薄膜，而网状聚合物电导率又太小。因此这类电解质体系只适合在高温或微电流条件下工作，而难于在常温下工作的锂电池中得到实际应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚碳酸酯类全固态聚合物电解质及其构成的全固态二次锂电池及其制备和应用。
为实现上述目的本发明采用的技术方案为：
一种聚碳酸酯类锂电池全固态聚合物电解质，全固态聚合物电解质包括聚碳酸酯类高分子、锂盐及多孔支撑材料；其厚度为20-800μm；机械强度为10-80MPa，室温离子电导率为2×10-5S/cm-1×10-3S/cm，电化学窗口大于4V。
所述电解质还包括添加剂。
其中，适用于锂-硫电池的全固态聚合物电解质为厚度为20-500μm；机械强度为30-80MPa，室温离子电导率为2×10-4S/cm-1×10-3S/cm，电化学窗口大于4V。
所述碳酸酯类聚合物具有如通式1所示的结构：
通式1
其中，a的取值是1-10000，b的取值是1-10000。
R1为：
R2为：
上述取代基中X为氟，苯基，羟基或磺酸锂；其中m1的取值是0-2，n1的取值是0-2，且m1与n1不同时为0；m2的取值是0-2，n2的取值是0-2，且m2与n2不同时为0；m3的取值是0-2，n3的取值是0-2，且m3与n3不同时为0；碳酸酯类聚合物在电解质中的质量分数为5％-90％；
所述锂盐为高氯酸锂、六氟磷酸锂、二草酸硼酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、双氟甲烷磺酰亚胺锂的一种或者几种；锂盐在聚合物电解质中的质量分数为5-40％；
所述多孔支撑材料为纤维素无纺膜、玻璃纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(PET薄膜)、聚酰亚胺无纺膜中的一种或几种；
所述添加剂为高分子或无机颗粒；其中，高分子为聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇和聚偏氯乙烯中的一种或几种；无机颗粒为二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝、氧化锆、氧化镍、氮化硅、氢氧化镁、硅藻土、蒙脱土和高岭土中的一种或几种，添加剂在聚合物电解质中的质量分数为0.5-50％。
优选的技术方案为：
聚碳酸酯类高分子为聚碳酸亚丙酯或聚碳酸亚乙酯；聚碳酸酯类高分子在电解质中的添加量为40％-90％；
锂盐为高氯酸锂或双氟甲烷磺酰亚胺锂；锂盐在电解质中的添加量为5％-30％；
添加剂在聚合物电解质中的质量分数为0.5-50％：
多孔支撑材料为纤维素无纺膜或玻璃纤维。
更优选的技术方案为：
聚碳酸酯类高分子为聚碳酸亚丙酯；聚碳酸酯类高分子在电解质中的添加量为60％-80％；
锂盐为双氟甲烷磺酰亚胺锂；锂盐在电解质中的添加量为9％-30％；
添加剂为二氧化硅；添加剂在聚合物电解质中的质量分数为0.5-30％：
溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；
多孔支撑材料为纤维素无纺膜。
一种聚碳酸酯类全固态聚合物电解质的制备方法：
1)将聚碳酸酯类高分子和溶剂混匀得均一的聚碳酸酯类高分子溶液；
2)向上述均一的聚碳酸酯类高分子溶液中加入锂盐，加入后继续搅拌至完全溶解；
或，向上述均一的聚碳酸酯类高分子溶液中加入锂盐和添加剂，加入后继续搅拌至完全溶解。
3)将上述完全溶解的溶液在多孔支撑材料上制膜，真空干燥，得到全固态聚合物电解质。
所述碳酸酯类聚合物具有如通式1所示的结构：
通式1
其中，a的取值是1-10000，b的取值是1-10000。
R1为：
R2为：
上述取代基中X为氟，苯基，羟基或磺酸锂。其中m1的取值是0-2，n1的取值是0-2；m2的取值是0-2，n2的取值是0-2；m3的取值是0-2，n3的取值是0-2；碳酸酯类聚合物在电解质中的质量分数为5％-90％；
所述锂盐为高氯酸锂、六氟磷酸锂、二草酸硼酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、双氟甲烷磺酰亚胺锂的一种或者几种；锂盐在聚合物电解质中的质量分数为5-40％；
所述多孔支撑材料为纤维素无纺膜、玻璃纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(PET薄膜)、聚酰亚胺无纺膜中的一种或几种；
所述添加剂为高分子或无机颗粒；其中，高分子为聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇和聚偏氯乙烯中的一种或几种；无机颗粒为二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝、氧化锆、氧化镍、氮化硅、氢氧化镁、硅藻土、蒙脱土和高岭土中的一种或几种；添加剂在聚合物电解质中的质量分数为0.5-50％。
所述溶剂为乙腈、二甲基亚砜、环丁砜、亚硫酸二甲酯、亚硫酸二乙酯、丙酮、四氢呋喃、三氯甲烷、乙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺之中的一种或几种。
优选的技术方案为：
聚碳酸酯类高分子为聚碳酸亚丙酯或聚碳酸亚乙酯；聚碳酸酯类高分子在电解质中的添加量为40％-90％；
锂盐为高氯酸锂或双氟甲烷磺酰亚胺锂；锂盐在电解质中的添加量为5％-30％；
添加剂为二氧化硅或三氧化二铝；添加剂在聚合物电解质中的质量分数为0.5-50％：
溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或乙腈；
多孔支撑材料为纤维素无纺膜或玻璃纤维。
更优选的技术方案为：
聚碳酸酯类高分子为聚碳酸亚丙酯；聚碳酸酯类高分子在电解质中的添加量为60％-80％；
锂盐为双氟甲烷磺酰亚胺锂；锂盐在电解质中的添加量为9％-30％；
添加剂为二氧化硅；添加剂在聚合物电解质中的质量分数为0.5-30％：
溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；
多孔支撑材料为纤维素无纺膜。
一种聚碳酸酯类全固态聚合物电解质的应用，所述全固态聚合物电解质在制备全固态锂电池。
进一步的说，所述全固态聚合物电解质在制备全固态锂金属电池、全固态锂离子电池或全固态锂-硫电池中的应用。
一种全固态二次锂电池，包括正极，负极，介于正负极之间的电解质，所述电解质为聚碳酸酯类全固体聚合物电解质；
所述正极的活性材料为钴酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、锰酸锂、镍锰酸锂、三元材料、硫、硫复合物、硫酸铁锂、锂离子氟磷酸盐、锂钒氟磷酸盐、锂铁氟磷酸盐或锂锰氧化物。
负极的活性材料为金属锂、金属锂合金、石墨、硬碳、二硫化钼、钛酸锂、石墨烯、氧化锑、锑碳复合材料、锡锑复合材料或锂钛氧化物。
其中，适用于全固态二次锂-硫电池的正极为硫和硫复合物，负极为金属锂和金属锂合金。
一种全固态二次锂电池的制备，用上述电解质将正负极极片分隔开，密封得全固态二次锂电池。
本发明所具有的优点：
本发明的全固态聚合物电解质中的聚碳酸酯类高分子选用聚碳酸亚丙酯,又称为聚甲基乙撑碳酸酯，其是以引起“温室效应”的主要气体二氧化碳为原料所合成的一种完全可降解的环保型聚合物。因其具有光降解和生物降解性，同时还具有优良的阻隔氧气和水的性能，可用作工程塑料、生物降解的无污染材料、一次性医药和食品包装材料、胶黏剂以及复合材料等。其与聚氧化乙烯相比，聚碳酸亚丙酯材料价格便宜，与锂盐具有良好的相容性，聚玻璃态转化温度在10～39.5℃之间，属于无定形结构，链段更容易运动，室温具有比聚氧化乙烯更高的离子电导率，基于聚碳酸亚丙酯的聚合物电解质可以较好地与电极界面接触。将聚碳酸亚丙酯涂层在无纺布纤维素等无纺布支撑膜上，可以提供更好的机械性能。
进而本发明获得的电解质制备容易，成型简单，机械强度为10-80MPa，室温离子电导率为2×10-5S/cm-1×10-3S/cm，电化学窗口大于3.6V。与此同时该固态电解质有效抑制负极锂枝晶的生长，提高了界面稳定性能和长循环性能。并且本发明电解质中不使用易燃易爆的有机溶剂，消除了该安全隐患，大大提升了锂电池的安全使用性能。可应用到全固态锂电池(包括锂-硫电池)、全固态锂离子电池以及其他二次高能锂电池中。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的聚碳酸亚丙酯全固态聚合物电解质组装的锂电池的充放电曲线；
图2是本发明实施例2提供的聚碳酸亚乙酯全固态聚合物电解质组装的5V锂电池充放电曲线。
图3是本发明实施例3提供的聚碳酸亚丁酯全固态聚合物电解质组装的锂硫电池充放电曲线。
具体实施方式
本发明为了解决现有电化学储能锂离子电池系统采用液体电解质，易泄露、易腐蚀、具有安全隐患的问题，或者凝胶电解质本身的机械性能较差和难成型的问题。本发明提供了一种聚碳酸酯类全固态聚合物电解质，来提高现有电池的安全性能。
实施例1
将2g聚碳酸亚丙酯、18gN,N-二甲基乙酰胺加入到100ml的试剂瓶中，然后在常温下搅拌6h，得到均一的聚碳酸亚丙酯溶液。然后将0.2g二草酸硼酸锂入到上述均一的溶液当中，在常温下搅拌1天，得到均匀混合溶液。将溶液均匀浇注到培养皿上，在60℃真空烘箱条件下干燥1天，干燥，得到聚碳酸亚丙酯的全固态聚合物电解质。
实施例2
将4g聚碳酸亚乙酯、36gN,N-二甲基甲酰胺加入到250ml的试剂瓶中，然后在常温下搅拌8h，得到均一的聚碳酸亚乙酯溶液。然后将0.4g高氯酸锂和0.5g聚氧化乙烯加入到上述均一的溶液当中，在常温下搅拌15h，得到均匀混合溶液。将溶液均匀浇注无纺布纤维素上，在60℃真空烘箱条件下干燥1天，干燥，得到聚碳酸亚乙酯/聚氧化乙烯全固态聚合物电解质(参见图1)。
实施例3
将3g聚碳酸亚丁酯、0.6g聚环氧乙烷、20g丙酮加入到100ml的试剂瓶中，然后在常温下搅拌6h，得到均一的聚碳酸亚丁酯溶液。然后将0.6g六氟磷酸锂和0.4g聚丙烯腈加入到上述均一的溶液当中，在常温下搅拌15h，得到均匀混合溶液。将溶液均匀浇注到PET无纺膜上，在80℃真空烘箱条件下干燥1天，干燥，得到聚碳酸亚丁酯/聚丙烯腈全固态聚合物电解质(参见图3)。
实施例4
将2g聚碳酸亚丙酯、0.5g聚环氧乙烷、16g四氢呋喃加入到100ml的试剂瓶中，然后在常温下搅拌6h，得到均一的聚碳酸亚丙酯溶液。然后将0.2g六氟砷酸锂和0.2g纳米二氧化硅加入到上述均一的溶液当中，在常温下搅拌12h，得到均匀混合溶液。将溶液均匀浇注到无纺布纤维素膜上，在100℃真空烘箱条件下干燥1天，干燥，得到全固态聚合物电解质。
实施例5
将4g聚碳酸亚乙酯、1.6g聚偏氟乙烯、36g乙腈加入到250ml的试剂瓶中，然后在常温下搅拌8h，得到均一的聚碳酸亚乙酯溶液。然后将0.8g四氟硼酸锂和0.6g聚甲基丙烯酸甲酯加入到上述均一的溶液当中，在常温下搅拌5h，得到均匀混合溶液。将溶液均匀浇注到玻璃纤维上，在80℃真空烘箱条件下干燥1天，干燥，得到聚碳酸亚乙酯的全固态聚合物电解质。
实施例6
将3g聚碳酸亚丁酯、1.0聚丙烯腈、24g丙酮加入到100ml的试剂瓶中，然后在常温下搅拌7h，得到均一的聚碳酸亚丁酯溶液。然后将0.5g二草酸硼酸锂和0.7g蒙脱土加入到上述均一的溶液当中，在常温下搅拌1天，得到均匀混合溶液。将溶液均匀浇注到静电纺丝的聚酰亚胺膜上，在40℃真空烘箱条件下干燥1天，干燥，得到聚碳酸亚丁酯的全固态聚合物电解质。
电解质性能进行表征：
膜厚度：采用千分尺(精度0.01毫米)测试聚碳酸酯类全固态聚合物电解质的厚度，任意去样品上的5个点，并取平均值。
离子电导率：用两片不锈钢夹住电解质，放在2032型电池壳中。钠离子电导率采用电化学交流阻抗谱来测量，采用公式：σ＝L/ARb，其中，L为电解质的厚度，A为不锈钢片室温面积，Rb为测量得出的阻抗。
电化学窗口：以不锈钢片和钠片夹住电解质，放在2032型电池壳中。电化学窗口以电化学工作站进行线性伏安扫描测量，起始电位为2.5V，最高电位为5.5V，扫描速度为1mV/s。(参见表1)。
所得结果列于表1。从表1的结果可以看出，采用本发明提供的聚碳酸酯类全固态聚合物电解质，机械强度较高大于10Mpa；室温下离子电导率范围是2×10-5S/cm-1×10-3S/cm，可以大倍率充放电；电化学窗口大于4V，可以在较高的电压下进行充放电，进而提升能量密度。
测试电池性能包括以下步骤：
(1)正极片的制备
A将聚偏氟乙烯(PVdF)溶于N,N-2-甲基吡咯烷酮中，浓度为0.1mol/L。
B将PVdF、正极活性材料、导电炭黑以10：80：10的质量比混合后，研磨至少1小时。
C将上步所得的浆料均匀地涂敷在铝箔上，厚度为100-120μm，先在60℃下烘干,再于120℃真空烘箱下烘干，辊压，冲片，称重后继续在120℃真空烘箱中烘干，放于手套箱中备用。。
D按尺寸裁剪。
(2)负极片的制备
A将PVdF溶于N,N-2-甲基吡咯烷酮中，浓度为0.1mol/L。
B将PVdF、负极活性材料、导电炭黑以10：80：10的质量比混合后，研磨至少1小时。
C将上步所得的浆料均匀地涂敷在铜箔上，厚度为100-120μm，先在60℃下烘干,再于120℃真空烘箱下烘干，辊压，冲片，称重后继续在120℃真空烘箱中烘干，放于手套箱中备用。。
D按尺寸裁剪。
(3)电池组装
(4)电池充放电性能测试
测试方式如下：用LAND电池充放仪测试全固态二次锂电池在不同温度下的充放电曲线、倍率和长循环性能。(参见图1和图2)。
由图1可见：在80℃和15mAg-1条件下，采用聚碳酸亚丙酯全固态聚合物电解质组装的磷酸铁锂/锂金属电池的充放电曲线比较稳定，放电比容量可以达到166mAhg-1。
由图2可见：在60℃和10mAg-1条件下，采用聚碳酸亚乙酯全固态聚合物电解质组装的镍锰酸锂/锂金属电池的充放电电压可以达到5V,放电比容量可以达到120mAhg-1，显示出极其优越的高电压充放电性能。
由图3可见：在60℃和100mAg-1条件下，采用聚碳酸亚丁酯全固态聚合物电解质组装的锂-硫电池的充放电曲线比较平稳，放电比容量可以达到1150mAhg-1。
表1
Claims (10)
1.一种聚碳酸酯类全固态聚合物电解质，其特征在于：全固态聚合物电解质包括聚碳酸酯类高分子、锂盐及多孔支撑材料；其厚度为20-800μm；机械强度为10-80MPa，室温离子电导率为2×10-5S/cm-1×10-3S/cm，电化学窗口大于4V。
2.按权利要求1所述的聚碳酸酯类全固态聚合物电解质，其特征在于：所述电解质还包括添加剂。
3.按权利要求1或2所述的聚碳酸酯类全固态聚合物电解质，其特征在于：
所述碳酸酯类聚合物具有如通式1所示的结构：
其中，a的取值是1-10000，b的取值是1-10000；
R1为：
R2为：
上述取代基中X为氟，苯基，羟基或磺酸锂；其中m1的取值是0-2，n1的取值是0-2，且m1与n1不同时为0；m2的取值是0-2，n2的取值是0-2，且m2与n2不同时为0；m3的取值是0-2，n3的取值是0-2，且m3与n3不同时为0；碳酸酯类聚合物在电解质中的质量分数为5％-90％；
所述锂盐为高氯酸锂、六氟磷酸锂、二草酸硼酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、双氟甲烷磺酰亚胺锂的一种或者几种；锂盐在聚合物电解质中的质量分数为5-40％；
所述多孔支撑材料为纤维素无纺膜、玻璃纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(PET薄膜)、聚酰亚胺无纺膜中的一种或几种；
所述添加剂为高分子或无机颗粒；其中，高分子为聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇和聚偏氯乙烯中的一种或几种；无机颗粒为二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝、氧化锆、氧化镍、氮化硅、氢氧化镁、硅藻土、蒙脱土和高岭土中的一种或几种，添加剂在聚合物电解质中的质量分数为0.5-50％。
4.一种权利要求1所述的聚碳酸酯类全固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于：
1)将聚碳酸酯类高分子和溶剂混匀得均一的聚碳酸酯类高分子溶液；
2)向上述均一的聚碳酸酯类高分子溶液中加入锂盐，加入后继续搅拌至完全溶解；
3)将上述完全溶解的溶液在多孔支撑材料上制膜，真空干燥，得到全固态聚合物电解质。
5.按权利要求3所述的聚碳酸酯类锂电池全固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于：
所述步骤2)中向上述均一的聚碳酸酯类高分子溶液中加入锂盐和添加剂，加入后继续搅拌至完全溶解。
6.按权利要求4或5所述的聚碳酸酯类锂电池全固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于：
所述碳酸酯类聚合物具有如通式1所示的结构：
其中，a的取值是1-10000，b的取值是1-10000；
R1为：
R2为：
上述取代基中X为氟，苯基，羟基或磺酸锂；其中m1的取值是0-2，n1的取值是0-2，且m1与n1不同时为0；m2的取值是0-2，n2的取值是0-2，且m2与n2不同时为0；m3的取值是0-2，n3的取值是0-2，且m3与n3不同时为0；碳酸酯类聚合物在电解质中的质量分数为5％-90％；
所述锂盐为高氯酸锂、六氟磷酸锂、二草酸硼酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、双氟甲烷磺酰亚胺锂的一种或者几种；锂盐在聚合物电解质中的质量分数为5-40％；
所述多孔支撑材料为纤维素无纺膜、玻璃纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(PET薄膜)、聚酰亚胺无纺膜中的一种或几种；
所述添加剂为高分子或无机颗粒；其中，高分子为聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇和聚偏氯乙烯中的一种或几种；无机颗粒为二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝、氧化锆、氧化镍、氮化硅、氢氧化镁、硅藻土、蒙脱土和高岭土中的一种或几种；添加剂在聚合物电解质中的质量分数为0.5-50％。
7.按权利要求4或5所述的聚碳酸酯类全固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于：
所述溶剂为乙腈、二甲基亚砜、环丁砜、亚硫酸二甲酯、亚硫酸二乙酯、丙酮、四氢呋喃、三氯甲烷、乙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺之中的一种或几种。
8.一种权利要求1所述的聚碳酸酯类全固态聚合物电解质的应用，其特征在于：所述全固态聚合物电解质在制备全固态二次锂电池中的应用。
9.一种全固态二次锂电池，包括正极，负极，介于正负极之间的电解质，其特征在于：所述电解质为聚碳酸酯类全固体聚合物电解质；
所述正极的活性材料为钴酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、锰酸锂、镍锰酸锂、三元材料、硫、硫复合物、硫酸铁锂、锂离子氟磷酸盐、锂钒氟磷酸盐、锂铁氟磷酸盐、锂锰氧化物中的一种；
负极的活性材料为金属锂、金属锂合金、石墨、硬碳、二硫化钼、钛酸锂、石墨烯、氧化锑、锑碳复合材料、锡锑复合材料、锂钛氧化物中的一种。
10.一种全固态二次锂电池的制备，其特征在于：用上述电解质将正负极极片分隔开，密封得全固态二次锂电池。
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|---|---|
| CN (1) | CN105591154B (zh) |
Cited By (34)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106450441A (zh) * | 2016-08-16 | 2017-02-22 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种纤维素/聚氨酯凝胶聚合物电解质及其制备和在锂离子电池中的应用 |
| CN106602138A (zh) * | 2017-01-17 | 2017-04-26 | 哈尔滨工业大学无锡新材料研究院 | 一种添加高浓度锂盐的固态聚合物电解质及其制备方法 |
| CN106654363A (zh) * | 2017-01-17 | 2017-05-10 | 北京科技大学 | 一种复合固态聚合物电解质及全固态锂电池 |
| CN106785029A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-05-31 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | Pluronic嵌段共聚物基水凝胶电解质及其应用 |
| CN107069084A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-08-18 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种固态锂电池聚合物电解质及制备和应用 |
| CN107195963A (zh) * | 2017-04-17 | 2017-09-22 | 哈尔滨工业大学无锡新材料研究院 | 一种高导电率的聚合物电解质及其制备方法 |
| CN107293779A (zh) * | 2017-05-10 | 2017-10-24 | 华南农业大学 | 一种基于硅基负极材料聚合物电解质膜的制备方法 |
| CN107768717A (zh) * | 2017-09-14 | 2018-03-06 | 哈尔滨工业大学无锡新材料研究院 | 一种紫外固化的半互穿网络结构的聚碳酸酯基固态聚合物电解质及其制备方法 |
| CN108232288A (zh) * | 2017-12-05 | 2018-06-29 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种包含主链含硫聚合物的固态电解质及其构成固态二次锂电池及其制备及应用 |
| CN108242563A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-07-03 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种耐高电压的烷基硅烷基锂电池聚合物电解质、制备方法及其在全固态锂电池中的应用 |
| CN108550906A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-09-18 | 珠海光宇电池有限公司 | 一种复合全固态聚合物电解质膜的制备方法 |
| CN108598566A (zh) * | 2018-04-23 | 2018-09-28 | 浙江大学山东工业技术研究院 | 一种改性聚合物电解质膜及其制备方法和一种改性凝胶聚合物电解质材料 |
| CN108832176A (zh) * | 2018-06-01 | 2018-11-16 | 西北工业大学 | 一种纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质及制备方法 |
| CN108832177A (zh) * | 2018-06-01 | 2018-11-16 | 西北工业大学 | 一种poss复合纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质及制备方法 |
| CN108962627A (zh) * | 2017-05-26 | 2018-12-07 | 北京师范大学 | 一种有机体系的超级电容器或电容电池 |
| CN109037766A (zh) * | 2017-06-09 | 2018-12-18 | 河南师范大学 | 一种可生物降解的复合固态电解质膜及其制备方法 |
| CN109546212A (zh) * | 2018-11-26 | 2019-03-29 | 中南大学 | 固态聚合物电解质制备方法及其固态二次电池 |
| CN109546225A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-03-29 | 东莞理工学院 | 一种改善锂硫电池自放电的聚合物电解质的制备及应用 |
| CN109671978A (zh) * | 2018-12-20 | 2019-04-23 | 苏州大学 | 一种耐高电压的固态聚合物电解质、制备方法及其应用 |
| CN109755643A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-05-14 | 浙江大学 | 一种富氧的聚合物电解质及其制备方法和应用 |
| CN109818055A (zh) * | 2019-02-24 | 2019-05-28 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种宽温区防热失控的电解液及其构成的二次锂电池 |
| CN110010965A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-07-12 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种tpu/pcdl复合型全固态聚合物电解质及其制备方法 |
| CN110581304A (zh) * | 2018-06-08 | 2019-12-17 | 郑州宇通集团有限公司 | 一种固态电池及其制备方法 |
| CN111029661A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-04-17 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种锂电池超薄柔性无机固态电解质及制备方法和应用 |
| CN111244532A (zh) * | 2020-03-23 | 2020-06-05 | 上海汽车集团股份有限公司 | 一种三维无机聚合物复合固体电解质及三元固态锂电池 |
| CN111525179A (zh) * | 2020-04-27 | 2020-08-11 | 长沙矿冶研究院有限责任公司 | 一种全固态电池的制备方法 |
| WO2020207450A1 (zh) * | 2019-04-10 | 2020-10-15 | 深圳新宙邦科技股份有限公司 | 一种固态电解质及聚合物锂离子电池 |
| CN111934007A (zh) * | 2020-08-10 | 2020-11-13 | 四川大学 | 交联有机纳米材料改性全固态聚合物电解质及其制备方法 |
| CN113416273A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-09-21 | 东华大学 | 可降解、耐低温水凝胶电解质及其制备方法与应用 |
| CN114188612A (zh) * | 2021-12-02 | 2022-03-15 | 厦门大学 | 一种全固态电池及其制备方法 |
| CN114388885A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-04-22 | 浙江大学 | 一种不对称复合固态电解质膜及其制备方法和应用 |
| CN114512714A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-05-17 | 贵阳学院 | 一种复合聚合物电解质材料及其制备方法和锂离子电池 |
| CN114614077A (zh) * | 2022-02-24 | 2022-06-10 | 广西科技大学 | 一种石墨烯复合聚合物固态电解质膜的制备方法与应用 |
| CN115558059A (zh) * | 2021-07-01 | 2023-01-03 | 北京理工大学 | 一种极性聚合物网络凝胶电解质及其制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1372705A (zh) * | 1999-09-02 | 2002-10-02 | 锂能技术公司 | 固体聚合物电解质 |
-
2015
- 2015-02-13 CN CN201510078309.7A patent/CN105591154B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1372705A (zh) * | 1999-09-02 | 2002-10-02 | 锂能技术公司 | 固体聚合物电解质 |
Cited By (44)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106450441B (zh) * | 2016-08-16 | 2019-09-24 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种纤维素/聚氨酯凝胶聚合物电解质及其制备和在锂离子电池中的应用 |
| CN106450441A (zh) * | 2016-08-16 | 2017-02-22 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种纤维素/聚氨酯凝胶聚合物电解质及其制备和在锂离子电池中的应用 |
| CN106785029A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-05-31 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | Pluronic嵌段共聚物基水凝胶电解质及其应用 |
| CN106785029B (zh) * | 2016-12-27 | 2020-01-14 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | Pluronic嵌段共聚物基水凝胶电解质及其应用 |
| CN106602138A (zh) * | 2017-01-17 | 2017-04-26 | 哈尔滨工业大学无锡新材料研究院 | 一种添加高浓度锂盐的固态聚合物电解质及其制备方法 |
| CN106654363A (zh) * | 2017-01-17 | 2017-05-10 | 北京科技大学 | 一种复合固态聚合物电解质及全固态锂电池 |
| CN106654363B (zh) * | 2017-01-17 | 2019-02-26 | 北京科技大学 | 一种复合固态聚合物电解质及全固态锂电池 |
| CN107069084B (zh) * | 2017-03-31 | 2020-01-14 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种固态锂电池聚合物电解质及制备和应用 |
| CN107069084A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-08-18 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种固态锂电池聚合物电解质及制备和应用 |
| CN107195963A (zh) * | 2017-04-17 | 2017-09-22 | 哈尔滨工业大学无锡新材料研究院 | 一种高导电率的聚合物电解质及其制备方法 |
| CN107293779A (zh) * | 2017-05-10 | 2017-10-24 | 华南农业大学 | 一种基于硅基负极材料聚合物电解质膜的制备方法 |
| CN108962627A (zh) * | 2017-05-26 | 2018-12-07 | 北京师范大学 | 一种有机体系的超级电容器或电容电池 |
| CN109037766A (zh) * | 2017-06-09 | 2018-12-18 | 河南师范大学 | 一种可生物降解的复合固态电解质膜及其制备方法 |
| CN107768717A (zh) * | 2017-09-14 | 2018-03-06 | 哈尔滨工业大学无锡新材料研究院 | 一种紫外固化的半互穿网络结构的聚碳酸酯基固态聚合物电解质及其制备方法 |
| CN108232288A (zh) * | 2017-12-05 | 2018-06-29 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种包含主链含硫聚合物的固态电解质及其构成固态二次锂电池及其制备及应用 |
| CN108232288B (zh) * | 2017-12-05 | 2019-12-24 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种含硫聚合物电解质及其构成的固态锂电池及其制备 |
| CN108242563A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-07-03 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种耐高电压的烷基硅烷基锂电池聚合物电解质、制备方法及其在全固态锂电池中的应用 |
| CN108242563B (zh) * | 2017-12-20 | 2020-03-24 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 耐高电压的固态锂电池聚合物电解质及其制备和应用 |
| CN108598566A (zh) * | 2018-04-23 | 2018-09-28 | 浙江大学山东工业技术研究院 | 一种改性聚合物电解质膜及其制备方法和一种改性凝胶聚合物电解质材料 |
| CN108550906A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-09-18 | 珠海光宇电池有限公司 | 一种复合全固态聚合物电解质膜的制备方法 |
| CN108832176A (zh) * | 2018-06-01 | 2018-11-16 | 西北工业大学 | 一种纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质及制备方法 |
| CN108832177A (zh) * | 2018-06-01 | 2018-11-16 | 西北工业大学 | 一种poss复合纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质及制备方法 |
| CN110581304A (zh) * | 2018-06-08 | 2019-12-17 | 郑州宇通集团有限公司 | 一种固态电池及其制备方法 |
| CN109546225A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-03-29 | 东莞理工学院 | 一种改善锂硫电池自放电的聚合物电解质的制备及应用 |
| CN109546212B (zh) * | 2018-11-26 | 2022-05-20 | 广东聚圣科技有限公司 | 固态聚合物电解质制备方法及其固态二次电池 |
| CN109546212A (zh) * | 2018-11-26 | 2019-03-29 | 中南大学 | 固态聚合物电解质制备方法及其固态二次电池 |
| CN109671978A (zh) * | 2018-12-20 | 2019-04-23 | 苏州大学 | 一种耐高电压的固态聚合物电解质、制备方法及其应用 |
| CN109755643B (zh) * | 2018-12-28 | 2020-11-10 | 浙江大学 | 一种富氧的聚合物电解质及其制备方法和应用 |
| CN109755643A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-05-14 | 浙江大学 | 一种富氧的聚合物电解质及其制备方法和应用 |
| CN109818055A (zh) * | 2019-02-24 | 2019-05-28 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种宽温区防热失控的电解液及其构成的二次锂电池 |
| CN110010965A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-07-12 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种tpu/pcdl复合型全固态聚合物电解质及其制备方法 |
| WO2020207450A1 (zh) * | 2019-04-10 | 2020-10-15 | 深圳新宙邦科技股份有限公司 | 一种固态电解质及聚合物锂离子电池 |
| CN111029661A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-04-17 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种锂电池超薄柔性无机固态电解质及制备方法和应用 |
| CN111244532A (zh) * | 2020-03-23 | 2020-06-05 | 上海汽车集团股份有限公司 | 一种三维无机聚合物复合固体电解质及三元固态锂电池 |
| CN111525179A (zh) * | 2020-04-27 | 2020-08-11 | 长沙矿冶研究院有限责任公司 | 一种全固态电池的制备方法 |
| CN111934007A (zh) * | 2020-08-10 | 2020-11-13 | 四川大学 | 交联有机纳米材料改性全固态聚合物电解质及其制备方法 |
| CN113416273A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-09-21 | 东华大学 | 可降解、耐低温水凝胶电解质及其制备方法与应用 |
| CN115558059B (zh) * | 2021-07-01 | 2024-03-29 | 北京理工大学 | 一种极性聚合物网络凝胶电解质及其制备方法 |
| CN115558059A (zh) * | 2021-07-01 | 2023-01-03 | 北京理工大学 | 一种极性聚合物网络凝胶电解质及其制备方法 |
| CN114188612A (zh) * | 2021-12-02 | 2022-03-15 | 厦门大学 | 一种全固态电池及其制备方法 |
| CN114188612B (zh) * | 2021-12-02 | 2023-04-07 | 厦门大学 | 一种全固态电池及其制备方法 |
| CN114388885A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-04-22 | 浙江大学 | 一种不对称复合固态电解质膜及其制备方法和应用 |
| CN114512714A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-05-17 | 贵阳学院 | 一种复合聚合物电解质材料及其制备方法和锂离子电池 |
| CN114614077A (zh) * | 2022-02-24 | 2022-06-10 | 广西科技大学 | 一种石墨烯复合聚合物固态电解质膜的制备方法与应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105591154B (zh) | 2018-05-25 |
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