CN108242563A - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108242563A CN108242563A CN201711385078.XA CN201711385078A CN108242563A CN 108242563 A CN108242563 A CN 108242563A CN 201711385078 A CN201711385078 A CN 201711385078A CN 108242563 A CN108242563 A CN 108242563A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lithium
- alkyl
- carbon
- groups
- polymer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 75
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 56
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- -1 alkylsilyl lithium Chemical compound 0.000 title claims description 19
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 35
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N dimethylformamide Substances CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 12
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical group CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 6
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 5
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 5
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 125000004093 cyano group Chemical group *C#N 0.000 claims description 4
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 4
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 4
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 3
- MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M lithium perchlorate Chemical compound [Li+].[O-]Cl(=O)(=O)=O MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- IAHFWCOBPZCAEA-UHFFFAOYSA-N succinonitrile Chemical compound N#CCCC#N IAHFWCOBPZCAEA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxane Chemical compound C1COCCO1 RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- KCFIHQSTJSCCBR-UHFFFAOYSA-N [C].[Ge] Chemical compound [C].[Ge] KCFIHQSTJSCCBR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QRVIVVYHHBRVQU-UHFFFAOYSA-H [Li+].[V+5].[O-]P([O-])(F)=O.[O-]P([O-])(F)=O.[O-]P([O-])(F)=O Chemical compound [Li+].[V+5].[O-]P([O-])(F)=O.[O-]P([O-])(F)=O.[O-]P([O-])(F)=O QRVIVVYHHBRVQU-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 2
- QWJYDTCSUDMGSU-UHFFFAOYSA-N [Sn].[C] Chemical compound [Sn].[C] QWJYDTCSUDMGSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 2
- BTGRAWJCKBQKAO-UHFFFAOYSA-N adiponitrile Chemical compound N#CCCCCC#N BTGRAWJCKBQKAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 claims description 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 2
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000410 antimony oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 claims description 2
- NVJBFARDFTXOTO-UHFFFAOYSA-N diethyl sulfite Chemical compound CCOS(=O)OCC NVJBFARDFTXOTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BDUPRNVPXOHWIL-UHFFFAOYSA-N dimethyl sulfite Chemical compound COS(=O)OC BDUPRNVPXOHWIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- DWYMPOCYEZONEA-UHFFFAOYSA-L fluoridophosphate Chemical compound [O-]P([O-])(F)=O DWYMPOCYEZONEA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- FGSXRUYPQWMIRU-UHFFFAOYSA-L lithium fluoro-dioxido-oxo-lambda5-phosphane iron(2+) Chemical compound P(=O)([O-])([O-])F.[Fe+2].[Li+] FGSXRUYPQWMIRU-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 2
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 2
- VTRUBDSFZJNXHI-UHFFFAOYSA-N oxoantimony Chemical compound [Sb]=O VTRUBDSFZJNXHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 239000002153 silicon-carbon composite material Substances 0.000 claims description 2
- HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N sulfolane Chemical compound O=S1(=O)CCCC1 HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 125000002023 trifluoromethyl group Chemical group FC(F)(F)* 0.000 claims description 2
- 150000001343 alkyl silanes Chemical group 0.000 claims 14
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical group [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 12
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 3
- 150000005846 sugar alcohols Polymers 0.000 claims 3
- DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N Acetamide Chemical compound CC(N)=O DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 claims 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- QGHDLJAZIIFENW-UHFFFAOYSA-N 4-[1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-(4-hydroxy-3-prop-2-enylphenyl)propan-2-yl]-2-prop-2-enylphenol Chemical group C1=C(CC=C)C(O)=CC=C1C(C(F)(F)F)(C(F)(F)F)C1=CC=C(O)C(CC=C)=C1 QGHDLJAZIIFENW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 6-{[2-carboxy-4,5-dihydroxy-6-(phosphanyloxy)oxan-3-yl]oxy}-4,5-dihydroxy-3-phosphanyloxane-2-carboxylic acid Chemical compound O1C(C(O)=O)C(P)C(O)C(O)C1OC1C(C(O)=O)OC(OP)C(O)C1O FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910001558 CF3SO3Li Inorganic materials 0.000 claims 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910008416 Li-Ti Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910013188 LiBOB Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052493 LiFePO4 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910001290 LiPF6 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910002097 Lithium manganese(III,IV) oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910006861 Li—Ti Inorganic materials 0.000 claims 1
- MWQJGSUQGMJVCS-UHFFFAOYSA-N N=[S+]C(F)(F)F.[Li] Chemical compound N=[S+]C(F)(F)F.[Li] MWQJGSUQGMJVCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 claims 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims 1
- KLARSDUHONHPRF-UHFFFAOYSA-N [Li].[Mn] Chemical compound [Li].[Mn] KLARSDUHONHPRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- QRMHDYCPNIVCBO-UHFFFAOYSA-N [SH2]=N.[F] Chemical compound [SH2]=N.[F] QRMHDYCPNIVCBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- CUNAJIREFWUWGY-UHFFFAOYSA-N [Sb].[C] Chemical compound [Sb].[C] CUNAJIREFWUWGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims 1
- 229940072056 alginate Drugs 0.000 claims 1
- 235000010443 alginic acid Nutrition 0.000 claims 1
- 229920000615 alginic acid Polymers 0.000 claims 1
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 claims 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims 1
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 claims 1
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229960002645 boric acid Drugs 0.000 claims 1
- 235000010338 boric acid Nutrition 0.000 claims 1
- WYWLPUYJUPVXSK-UHFFFAOYSA-N boron;oxalic acid Chemical compound [B].OC(=O)C(O)=O WYWLPUYJUPVXSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000002322 conducting polymer Substances 0.000 claims 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 1
- AWKHTBXFNVGFRX-UHFFFAOYSA-K iron(2+);manganese(2+);phosphate Chemical compound [Mn+2].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O AWKHTBXFNVGFRX-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims 1
- RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H iron(3+) sulfate Chemical compound [Fe+3].[Fe+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims 1
- 229910000360 iron(III) sulfate Inorganic materials 0.000 claims 1
- WDGKXRCNMKPDSD-UHFFFAOYSA-N lithium;trifluoromethanesulfonic acid Chemical compound [Li].OS(=O)(=O)C(F)(F)F WDGKXRCNMKPDSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910001453 nickel ion Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims 1
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims 1
- 125000004469 siloxy group Chemical group [SiH3]O* 0.000 claims 1
- 238000000935 solvent evaporation Methods 0.000 claims 1
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 claims 1
- BHZCMUVGYXEBMY-UHFFFAOYSA-N trilithium;azanide Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[NH2-] BHZCMUVGYXEBMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims 1
- 125000005103 alkyl silyl group Chemical group 0.000 abstract description 11
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002001 electrolyte material Substances 0.000 abstract 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 24
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 10
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 6
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 5
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 5
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 5
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004502 linear sweep voltammetry Methods 0.000 description 4
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 241001474374 Blennius Species 0.000 description 2
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 2
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N [C].[Si] Chemical compound [C].[Si] HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 2
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 2
- 239000011245 gel electrolyte Substances 0.000 description 2
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N Ethylene oxide Chemical compound C1CO1 IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000733 Li alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013684 LiClO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- SOXJQKKNADFEOW-UHFFFAOYSA-L S(=O)(=O)([O-])[O-].[Fe+2].[Li+] Chemical compound S(=O)(=O)([O-])[O-].[Fe+2].[Li+] SOXJQKKNADFEOW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SYRDSFGUUQPYOB-UHFFFAOYSA-N [Li+].[Li+].[Li+].[O-]B([O-])[O-].FC(=O)C(F)=O Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[O-]B([O-])[O-].FC(=O)C(F)=O SYRDSFGUUQPYOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JDZCKJOXGCMJGS-UHFFFAOYSA-N [Li].[S] Chemical compound [Li].[S] JDZCKJOXGCMJGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FDLZQPXZHIFURF-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Ti+4].[Li+] Chemical class [O-2].[Ti+4].[Li+] FDLZQPXZHIFURF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 125000004414 alkyl thio group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 1
- GVFOJDIFWSDNOY-UHFFFAOYSA-N antimony tin Chemical compound [Sn].[Sb] GVFOJDIFWSDNOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N dilithium;dioxido(dioxo)manganese Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Mn]([O-])(=O)=O QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 1
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000001989 lithium alloy Substances 0.000 description 1
- 229910000625 lithium cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- DEUISMFZZMAAOJ-UHFFFAOYSA-N lithium dihydrogen borate oxalic acid Chemical compound B([O-])(O)O.C(C(=O)O)(=O)O.C(C(=O)O)(=O)O.[Li+] DEUISMFZZMAAOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BDKWOJYFHXPPPT-UHFFFAOYSA-N lithium dioxido(dioxo)manganese nickel(2+) Chemical compound [Mn](=O)(=O)([O-])[O-].[Ni+2].[Li+] BDKWOJYFHXPPPT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910002102 lithium manganese oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001486 lithium perchlorate Inorganic materials 0.000 description 1
- QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(trifluoromethylsulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FC(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)F QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DVATZODUVBMYHN-UHFFFAOYSA-K lithium;iron(2+);manganese(2+);phosphate Chemical compound [Li+].[Mn+2].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O DVATZODUVBMYHN-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)cobalt Chemical compound [Li+].[O-][Co]=O BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VLXXBCXTUVRROQ-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido-oxo-(oxomanganiooxy)manganese Chemical compound [Li+].[O-][Mn](=O)O[Mn]=O VLXXBCXTUVRROQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MCVFFRWZNYZUIJ-UHFFFAOYSA-M lithium;trifluoromethanesulfonate Chemical compound [Li+].[O-]S(=O)(=O)C(F)(F)F MCVFFRWZNYZUIJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
- H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0088—Composites
- H01M2300/0091—Composites in the form of mixtures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0088—Composites
- H01M2300/0094—Composites in the form of layered products, e.g. coatings
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本发明涉及一种耐高电压的烷基硅烷基聚合物电解质、制备方法及其在锂电池中的应用。该电解质包括烷基硅烷基聚合物、锂盐、多孔支撑材料以及添加剂。实验表明所述的烷基硅烷基聚合物电解质材料成膜性好，机械强度为0.5 MPa‑300 MPa；其电化学窗口大于4.3 V，与高电压正极材料具有很好的相容性；室温离子电导率为1×10‑5 S×cm‑1‑10‑3 S×cm‑1，其组装的电池具有优异的长循环性能。本发明涉及的烷基硅烷基聚合物可以作为耐高电压的电解质材料。本发明也提供了上述聚合物电解质的制备方法及其组装的全固态锂电池的电化学性能。
Description
技术领域
本发明涉及固态聚合物电解质，具体的说是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。
背景技术
锂电池由于能量密度高，成本低，循环寿命长等优点，一直是科研工作者和企业家们的关注焦点。目前，锂电池已经广泛应用在人们的日常生活中，如移动设备、笔记本电脑、电动及混合动力汽车、智能电网等的供电电源。
同时，锂电池的发展也面临巨大的挑战：一是，目前商业化锂电池安全性不足。众所周知，商业化的锂电池使用的电解质主要有两种：一种是液态电解液，另一种是凝胶电解质。上述两种电解质拥有较高的离子电导率，能够有效地浸润电极，并能够在电极表面形成稳定的固态电解质膜。然而，液态电解液与凝胶电解质都含有大量易燃、易挥发的有机溶剂，使锂电池存在一定的安全隐患，当电池不规范使用或者电池内部发生短路时，热量聚集会引起电解液的挥发，在正极材料释放氧气的作用下发生燃烧，进而引起整个电池的燃烧，甚至爆炸。因为固态电解质不含有机溶剂，能够极大地提高锂电池的安全性能，成为解决锂电池安全性的有效途径之一。并且，聚合物固态电解质在玻璃化转变温度以上具有较高的电导率，且具有良好的柔韧性及拉伸剪切性能，易于制备成柔性可弯折电池，具备大规模工业化应用的可能；二是，人们对锂电池的比容量提出了更高的要求。目前文献报道的大部分聚氧化乙烯基聚合物锂电池的工作电压主要在4.0 V以下，这是因为采用的聚氧化乙烯在高电压下会发生氧化分解，故电池只能在较低电压下运行，导致锂电池比容量较低。因此，发展具有耐高电压的聚合物电解质是提高全固态聚合物锂电池比容量的重要措施之一。同时，文献报道的全固态聚合物电解质也存在室温离子电导率低，成膜性不足以及机械强度不高等问题，影响了其商业化应用。
例如，CN201410683144.1发明公开了一种聚环氧乙烷基固态聚合物电解质。然而，该电解质具有较低的室温离子电导率，较窄的电化学窗口，以及欠佳的机械性能；CN103840198A发明公开了一种由聚合物，离子液体，锂盐等组成的全固态锂电池聚合物电解质及其制备方法。该聚合物电解质解决了电解液泄漏以及电极材料易受腐蚀等问题，同时具有电化学窗口宽和与负极材料相容性好的优点。然而，该聚合物电解质成膜性和机械性能不佳，需要额外成膜添加剂，限制了其商业化应用；CN105826603A发明提供了一种聚碳酸亚乙烯酯基锂电池聚合物电解质及其制备和应用。该固态聚合物电解质制备采用原位聚合的方法，降低了生产成本，同时具有较高的室温离子电导率和较宽的电化学窗口。基于该电解质的钴酸锂/锂片全电池展现了优异的倍率性能和长循环性能。然而，该电解质成膜性和机械性能略有不足。
综上，虽然全固态聚合物电解质具有优越的自身优势和巨大的应用前景，但是目前报道的全固态聚合物电解质大多难以兼具耐高电压，离子电导率高，成膜性好以及机械强度高的要求，难以商业化应用。因此，开发具有耐高电压性能，成膜性好和机械强度高的固态聚合物电解质具有重要的应用前景和市场需求。
发明内容
本发明的目的在于提供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。
为实现上述目的本发明采用的技术方案为：
本发明提供一种耐高电压的烷基硅烷基锂电池聚合物电解质，烷基硅烷基锂电池聚合物电解质包括烷基硅烷基聚合物、锂盐、多孔支撑材料以及添加剂。
所述烷基硅烷基锂电池聚合物电解质电化学窗口大于4.3 V，能耐高电压，机械强度为0.5 MPa -300MPa，室温离子电导率为1×10-5 S×cm-1-10-3 S×cm-1。
所述烷基硅烷基聚合物在聚合物电解质中的质量分数为45%~70%；锂盐在聚合物电解质中的质量分数为10%~30%；添加剂在聚合物电解质中的质量分数为0%~15%；多孔支撑材料在聚合物电解质中的质量分数为5 %~30%。
所述烷基硅烷基聚合物结构如通式1所示：
或通式1
其中，m的取值是0-50000，n的取值是100-50000，y的取值是0-6；
R取自卤素，H，氰基，三氟甲基，18碳以下的烷基，18碳以下的烷氧基，18碳以下的烷硫基或18碳以下的烷氧硅氧基；X取自O，S，CH2，NH，NMe或NEt；R1为氰基，18碳以下的烷基，18碳以下的芳基或18碳以下的烷基硅甲基。
本发明还提供一种耐高电压的烷基硅烷基锂电池聚合物电解质的制备方法，采用溶剂挥发法，将烷基硅烷基聚合物、锂盐和添加剂加入溶剂中混合搅拌至完全溶解后刮到多孔支撑材料上，60~80℃下烘干后制备电解质膜，主要步骤如下：
1）将烷基硅烷基聚合物与锂盐、添加剂先溶解于溶剂中混合搅拌至完全溶解，得到粘稠均一的溶液；
2）取上述溶液在支撑材料上用刮刀刮出一定厚度的电解质膜，然后置烘箱中干燥；
3）将烘干的电解质膜经冲膜机冲成合适的尺寸。
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、1,4-二氧六环、四氢呋喃、三氯甲烷、乙酸乙酯、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺中的一种或几种。
所述的锂盐为六氟磷酸锂（LiPF6）、高氯酸锂(LiClO4)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、三氟甲磺酸锂(CF3SO3Li)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)中的一种或者几种；
所述添加剂为有机小分子或无机纳米粒子的一种或几种；所述的有机小分子为丁二腈或己二腈的一种或两种的混合物；所述的无机纳米粒子为二氧化硅，二氧化锆，二氧化钛，三氧化二铝的一种或几种。
所述多孔支撑材料为纤维素无纺膜、海藻纤维无纺膜；芳纶无纺膜；聚芳砜酰胺无纺膜；聚丙烯无纺膜；玻璃纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚酰亚胺无纺膜中的一种；
优选的技术方案为：
烷基硅烷基聚合物为聚烷基硅烷基碳酸亚乙酯或聚烷基硅烷基氧化乙烯；烷基硅烷基聚合物在聚合物电解质中的质量分数为55 %-65 %；
溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜；
锂盐为高氯酸锂或双氟甲烷磺酰亚胺锂；锂盐在聚合物电解质中的质量分数为15%-25%；
添加剂为丁二腈或二氧化硅；添加剂在聚合物电解质中的质量分数为5%-10%；
多孔支撑材料为纤维素无纺膜或聚酰亚胺无纺膜；多孔支撑材料在聚合物电解质中的质量分数为10 %-25 %。
一种耐高压的烷基硅烷基锂电池聚合物电解质在全固态锂电池领域中的应用。
所述的全固态锂电池包括正极，负极，介于正负极之间的电解质；所述的正极活性材料为钴酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、锰酸锂、镍锰酸锂、富锂锰基、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、导电聚合物中的一种或几种；所述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、碳硅复合材料、碳锗复合材料、碳锡复合材料、氧化锑、锑碳复合材料、锡锑复合材料、锂钛氧化物、锂金属氮化物中的一种或几种。
本发明所具有的优点：
本发明制备的耐高压的烷基硅烷基锂电池聚合物电解质，具有以下优点：
1.成膜性好，拉伸性好，机械强度为0.5 MPa -300 MPa；
2.其电化学窗口大于4.3 V，与高电压正极材料具有很好的相容性，能耐高电压；
3.室温离子电导率为1×10-5 S×cm-1-10-3 S×cm-1，其组装的电池具有优异的长循环性能；
4.没有使用易燃易爆的有机溶剂，极大地提高了电池的安全性能。
本发明技术方案简单，成本低廉，易于制备，适合规模化生产。可应用到全固态锂电池（包括锂-硫电池）、高电压锂电池以及其他二次高能锂电池中。
附图说明
图1 实施例1聚合物电解质的室温LSV曲线。
图2实施例1聚合物电解质的交流阻抗谱图。
图3 实施例3的聚合物电解质组装的622型三元材料/锂全电池室温时1 C下的50圈时充放电曲线。
图4 实施例4的聚合物电解质碳硅材料/锂金属半电池的长循环性能。
图5 实施例5的聚合物电解质的LNMO /石墨全电池的长循环性能。
图6实施例5的聚合物电解质的LNMO /石墨全电池倍率性能。
图7实施例9的聚合物电解质的室温LSV曲线。
图8实施例9的聚合物电解质组装的锂电池在室温时0.2 C下的长循环性能。
具体实施方式
实施例1
在手套箱中，惰性气氛下，配置（P1）/LiTFSI的DMSO溶液，聚合物约占溶液质量分数的15%。该溶液经充分搅拌，得澄清透明的粘稠液体。将上述溶液均匀刮在玻璃纤维无纺膜上，置60 oC烘箱中干燥12 h成膜。该电解质膜经冲片后置真空烘箱中干燥12 h，然后放于手套箱中待用。
实施例2
在手套箱中，惰性气氛下，配置（P2）/ LiDFOB的DMF溶液，聚合物约占溶液质量分数的15%。该溶液经充分搅拌，得澄清透明的粘稠液体。将上述溶液均匀刮在海藻纤维无纺膜上，置70 oC烘箱中干燥10 h成膜。该电解质膜经冲片后置真空烘箱中干燥10h，然后放于手套箱中待用。
实施例3
在手套箱中，惰性气氛下，配置（P3）/ LiDFOB的DMSO溶液，聚合物约占溶液质量分数的15%。该溶液经充分搅拌，得澄清透明的粘稠液体。将上述溶液均匀刮在玻璃纤维上，置80 oC烘箱中干燥12 h成膜。该电解质膜经冲片后置真空烘箱中干燥12 h，然后放于手套箱中待用。
实施例4
在手套箱中，惰性气氛下，配置（P4）/ LiBOB的N-甲基吡咯烷酮溶液，聚合物约占溶液质量分数的20%。该溶液经充分搅拌，得澄清透明的粘稠液体。将上述溶液均匀刮在纤维素无纺膜上，置80 oC烘箱中干燥12 h成膜。该电解质膜经冲片后置真空烘箱中干燥24 h，然后放于手套箱中待用。
实施例5
在手套箱中，惰性气氛下，配置（P5）/ LiDFOB的DMSO溶液，聚合物约占溶液质量分数的20%。该溶液经充分搅拌，得澄清透明的粘稠液体。将上述溶液均匀刮在纤维素无纺膜上，置60 oC烘箱中干燥24 h成膜。该电解质膜经冲片后置真空烘箱中干燥12h，然后放于手套箱中待用。
实施例6
在手套箱中，惰性气氛下，配置（P6）/ LiPF6的N,N-二甲基乙酰胺溶液，聚合物约占溶液质量分数的10%。该溶液经充分搅拌，得澄清透明的粘稠液体。将上述溶液均匀刮在聚丙烯无纺膜上，置60 oC烘箱中干燥24 h成膜。该电解质膜经冲片后置真空烘箱中干燥10 h，然后放于手套箱中待用。
实施例7
在手套箱中，惰性气氛下，配置（P7）/ LiClO4的DMSO溶液，聚合物约占溶液质量分数的15%。该溶液经充分搅拌，得澄清透明的粘稠液体。将上述溶液均匀刮在芳纶无纺膜上，置60 oC烘箱中干燥12 h成膜。该电解质膜经冲片后置真空烘箱中干燥24h，然后放于手套箱中待用。
实施例8
在手套箱中，惰性气氛下，配置（P8）/ LiTFSI的DMSO溶液，聚合物约占溶液质量分数的15%。该溶液经充分搅拌，得澄清透明的粘稠液体。将上述溶液均匀刮在玻璃纤维上，置60 oC烘箱中干燥24h成膜。该电解质膜经冲片后置真空烘箱中干燥24 h，然后放于手套箱中待用。
实施例9
在手套箱中，惰性气氛下，配置（P9）/ LiDFOB的DMSO溶液，聚合物约占溶液质量分数的10%。该溶液经充分搅拌，得澄清透明的粘稠液体。将上述溶液均匀刮在聚丙烯无纺膜上，置80 oC烘箱中干燥24 h成膜。该电解质膜经冲片后置真空烘箱中干燥12 h，然后放于手套箱中待用。
实施例10
在手套箱中，惰性气氛下，配置（P10）/ LiBOB的DMF溶液，聚合物约占溶液质量分数的15%。该溶液经充分搅拌，得澄清透明的粘稠液体。将上述溶液均匀刮在聚酰亚胺无纺膜上，置60 oC烘箱中干燥10 h成膜。该电解质膜经冲片后置真空烘箱中干燥24 h，然后放于手套箱中待用。
对电解质性能进行表征：
膜厚度：采用螺旋测微器（精度0.01毫米）测试聚合物电解质膜厚度，任意取样品上的5个点，并取平均值。
离子电导率：构筑不锈钢/电解质/不锈钢结构的阻塞电极，使用电化学工作站测量其阻抗，采用公式：σ = L/sRb计算离子电导率，其中，σ为电解质离子电导率，L为电解质的厚度，s为电解质的面积，Rb为电解质室温下的阻抗。
电化学窗口：构筑不锈钢/电解质/锂片结构的电极，通过电化学工作站进行线性扫描伏安法测量，起始电位为2.5 V，最高电位为6.0 V，扫描速度为1 mV/s。
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-甲基吡咯烷酮中，浓度为0.1 mol/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刮在铝箔上，厚度为100-120 mm，先在60 oC烘箱中干燥，再于120 oC真空烘箱中干燥，辊压，冲片，称重后继续在120 oC真空烘箱中烘干，放于手套箱中备用。
（2）负极片的制备
A 将PVDF溶于N-甲基吡咯烷酮中，浓度为0.1 mol/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刮在铜箔上，厚度为100-120 mm，先在60 oC烘箱中干燥，再于120 oC真空烘箱中干燥，辊压，冲片，称重后继续在120 oC真空烘箱中烘干，放于手套箱中备用。
（3）电池组装
将相应的半电池或电池结构置于电池壳中，封口得到电池。
（4）电池电性能测试
用LAND电池充放仪测试二次锂电池的充放电曲线和长循环性能。
图1展示了实施例1的烷基硅烷基锂电池聚合物电解质具有0-4.6 V的电化学窗口。
图2展示了实施例1的烷基硅烷基锂电池聚合物电解质离子电导率可达3.2×10-4S×cm-1。
图3展示了实施例3的聚合物电解质组装的622型三元材料/锂金属全电池室温时1C下的第50圈充放电曲线，说明该聚合物电解质循环50圈后仍然具有较高的放电比容量。
由图4可见:实施例4的固态电解质组装的碳硅负极/锂金属半电池循环性能优异，说明该固态电解质具有优异的电化学稳定性。
由图5可见：采用实施例5的固态电解质组装的锂金属电池的长循环性能比较稳定。循环50圈后电池的放电比容量依然能够保持127 mAhg-1，库伦效率接近100%。
由图6可见：实施例5的聚合物电解质的LNMO/石墨全电池倍率性能优异， 6C下放电比容量依然可达80 mAhg-1。
由图7可见：实施例9的聚合物电解质的室温LSV曲线显示其起始氧化分解电压为5.1 V。
由图8可见：实施例9的聚合物电解质组装的锂电池在室温时0.2 C下具有优异的长循环性能，循环100圈后放电比容量依然可达115 mAhg-1。
Claims (8)
1.一种耐高电压的烷基硅烷基锂电池聚合物电解质，其特征在于烷基硅烷基锂电池聚合物电解质包括烷基硅烷基聚合物、锂盐、多孔支撑材料以及添加剂。
2.根据权利要求1所述的一种耐高电压的烷基硅烷基锂电池聚合物电解质，其特征在于：该烷基硅烷基锂电池聚合物电解质电化学窗口大于4.3 V，能耐高电压，机械强度为0.5MPa -300MPa，室温离子电导率为1×10-5 S×cm-1-10-3 S×cm-1。
3.根据权利要求1所述的一种耐高电压的烷基硅烷基锂电池聚合物电解质，其特征在于：烷基硅烷基聚合物在聚合物电解质中的质量分数为45%~70%；锂盐在聚合物电解质中的质量分数为10%~30%；添加剂在聚合物电解质中的质量分数为0%~15%；多孔支撑材料在聚合物电解质中的质量分数为5 %~30%。
4. 根据权利要求1所述一种耐高电压的烷基硅烷基锂电池聚合物电解质，其特征在于：所述烷基硅烷基聚合物结构如通式1所示：
或通式1
其中，m的取值是0-50000，n的取值是100-50000，y的取值是0-6；
R取自卤素，H，氰基，三氟甲基，18碳以下的烷基，18碳以下的烷氧基，18碳以下的烷硫基或18碳以下的烷氧硅氧基；X取自O，S，CH2，NH，NMe或Net；R1为氰基，18碳以下的烷基，18碳以下的芳基或18碳以下的烷基硅甲基。
5.权利要求1所述的一种耐高电压的烷基硅烷基锂电池聚合物电解质的制备方法，其特征在于：采用溶剂挥发法，将烷基硅烷基聚合物中加入锂盐和添加剂混合搅拌至完全溶解后刮到多孔支撑材料上，60~80℃下烘干后制备电解质膜。
6.根据权利要求5所述的一种耐高电压的烷基硅烷基锂电池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、1,4-二氧六环、四氢呋喃、三氯甲烷、乙酸乙酯、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺中的一种或几种；所述的锂盐为六氟磷酸锂（LiPF6）、高氯酸锂(LiClO4)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、三氟甲磺酸锂(CF3SO3Li)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)中的一种或者几种；所述添加剂为有机小分子或无机纳米粒子的一种或几种；所述的有机小分子为丁二腈或己二腈的一种或这两种的混合物；所述的无机纳米粒子为二氧化硅，二氧化锆，二氧化钛，三氧化二铝的一种或几种；所述多孔支撑材料为纤维素无纺膜、海藻纤维无纺膜、芳纶无纺膜、聚芳砜酰胺无纺膜、聚丙烯无纺膜、玻璃纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚酰亚胺无纺膜中的一种。
7.权利要求1所述的一种耐高压的烷基硅烷基锂电池聚合物电解质的应用，其特征在于：其应用领域为全固态锂电池。
8.根据权利要求7所述的一种耐高压的烷基硅烷基锂电池聚合物电解质在全固态锂电池中的应用，其特征在于：所述的全固态锂电池包括正极，负极，介于正负极之间的电解质；所述的正极活性材料为钴酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、锰酸锂、镍锰酸锂、富锂锰基、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、导电聚合物中的一种或几种；所述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、碳硅复合材料、碳锗复合材料、碳锡复合材料、氧化锑、锑碳复合材料、锡锑复合材料、锂钛氧化物、锂金属氮化物中的一种或几种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711385078.XA CN108242563B (zh) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | 耐高电压的固态锂电池聚合物电解质及其制备和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711385078.XA CN108242563B (zh) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | 耐高电压的固态锂电池聚合物电解质及其制备和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108242563A true CN108242563A (zh) | 2018-07-03 |
| CN108242563B CN108242563B (zh) | 2020-03-24 |
Family
ID=62701108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711385078.XA Active CN108242563B (zh) | 2017-12-20 | 2017-12-20 | 耐高电压的固态锂电池聚合物电解质及其制备和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108242563B (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| CN109830744A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-05-31 | 蜂巢能源科技有限公司 | 复合电解质膜及其制备方法 |
| CN110190234A (zh) * | 2019-06-13 | 2019-08-30 | 重庆云天化纽米科技股份有限公司 | 锂电池隔膜陶瓷涂覆浆料及陶瓷涂覆隔膜 |
| CN110247111A (zh) * | 2019-06-24 | 2019-09-17 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种含磺酸或磷酸衍生物结构的固态聚合物电解质及其在二次锂电池中的应用 |
| CN112271324A (zh) * | 2020-09-15 | 2021-01-26 | 赖见 | 一种高压固态锂电池及其制备方法 |
| CN110034330B (zh) * | 2019-04-10 | 2021-05-04 | 华北电力大学 | 一种锂/钠电池用复合固态电解质的制备方法 |
| CN119208730A (zh) * | 2024-09-14 | 2024-12-27 | 蓝固(常州)新能源有限公司 | 一种功能离子液体添加剂、电解液及高压锂离子电池 |
| CN119764546A (zh) * | 2024-12-31 | 2025-04-04 | 广东弘捷新能源有限公司 | 一种低温型聚合物锂电池及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103208651A (zh) * | 2013-03-26 | 2013-07-17 | 中南大学 | 一种硅氧烷基固体电解质及其制备和应用 |
| CN105591154A (zh) * | 2015-02-13 | 2016-05-18 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 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 |
-
2017
- 2017-12-20 CN CN201711385078.XA patent/CN108242563B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103208651A (zh) * | 2013-03-26 | 2013-07-17 | 中南大学 | 一种硅氧烷基固体电解质及其制备和应用 |
| CN105591154A (zh) * | 2015-02-13 | 2016-05-18 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 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 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JIE LI等: "Tuning Thin-Film Electrolyte for Lithium Battery by Grafting Cyclic Carbonate and Combed Poly(ethylene oxide) on Polysiloxane", 《CHEMSUSCHEM》 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| CN109830744A (zh) * | 2019-01-09 | 2019-05-31 | 蜂巢能源科技有限公司 | 复合电解质膜及其制备方法 |
| CN110034330B (zh) * | 2019-04-10 | 2021-05-04 | 华北电力大学 | 一种锂/钠电池用复合固态电解质的制备方法 |
| CN110190234A (zh) * | 2019-06-13 | 2019-08-30 | 重庆云天化纽米科技股份有限公司 | 锂电池隔膜陶瓷涂覆浆料及陶瓷涂覆隔膜 |
| CN110247111A (zh) * | 2019-06-24 | 2019-09-17 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种含磺酸或磷酸衍生物结构的固态聚合物电解质及其在二次锂电池中的应用 |
| CN112271324A (zh) * | 2020-09-15 | 2021-01-26 | 赖见 | 一种高压固态锂电池及其制备方法 |
| CN119208730A (zh) * | 2024-09-14 | 2024-12-27 | 蓝固(常州)新能源有限公司 | 一种功能离子液体添加剂、电解液及高压锂离子电池 |
| CN119764546A (zh) * | 2024-12-31 | 2025-04-04 | 广东弘捷新能源有限公司 | 一种低温型聚合物锂电池及其制备方法 |
| CN119764546B (zh) * | 2024-12-31 | 2025-08-12 | 广东弘捷新能源有限公司 | 一种低温型聚合物锂电池及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108242563B (zh) | 2020-03-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Organic polymeric filler-amorphized poly (ethylene oxide) electrolyte enables all-solid-state lithium–metal batteries operating at 35° C | |
| CN105591154B (zh) | 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 | |
| CN103367798B (zh) | 用于锂离子二次电池的电解质和锂离子二次电池 | |
| CN108242563A (zh) | 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 | |
| CN105811002A (zh) | 一种有机无机复合全固态电解质及其构成的全固态锂电池 | |
| Kim et al. | Effect of imidazolium cation on cycle life characteristics of secondary lithium–sulfur cells using liquid electrolytes | |
| CN110247111B (zh) | 一种含磺酸或磷酸衍生物结构的固态聚合物电解质及其在二次锂电池中的应用 | |
| CN109346767A (zh) | 一种固态聚合物电解质及其在锂金属电池中的应用 | |
| Pan et al. | High-performance N-methyl-N-propylpiperidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide/poly (vinylidene fluoride-hexafluoropropylene) gel polymer electrolytes for lithium metal batteries | |
| CN107069084B (zh) | 一种固态锂电池聚合物电解质及制备和应用 | |
| CN107732293A (zh) | 类三明治结构固态聚合物电解质膜的制备方法及其在固态锂离子电池中的应用 | |
| CN109786869B (zh) | 一种含有受阻胺结构的聚合物在二次锂电池中的应用 | |
| CN113346129A (zh) | 复合固态电解质及其制备方法和应用 | |
| CN109638350A (zh) | 一种对锂稳定的丁二腈基固态电解质、制备方法及其应用 | |
| CN114512708A (zh) | 一种锂离子复合固态电解质的制备方法及应用 | |
| WO2024230010A1 (zh) | 交联聚合物固态电解质及其制备方法和应用 | |
| Lu et al. | UV-curable-based plastic crystal polymer electrolyte for high-performance all-solid-state Li-ion batteries | |
| Lu et al. | Study on structure and electrical properties of PVDF/Li3/8Sr7/16Zr1/4Ta3/4O3 composite solid polymer electrolytes for quasi-solid-state Li battery | |
| Zhu et al. | Ultraviolet-cured heat-resistant and stretchable gel polymer electrolytes for flexible and safe semi-solid lithium-ion batteries | |
| Chen et al. | In-situ fabricated succinonitrile-based composite electrolyte for high-performance and safe solid-state lithium batteries | |
| Liu et al. | Polymer competitive solvation reduced propylene carbonate cointercalation in a graphitic anode | |
| Cheng et al. | Multifunctional additive enables a “5H” PEO solid electrolyte for high-performance lithium metal batteries | |
| Wang et al. | A novel polymer electrolyte with in situ polymerization and a high concentration of lithium salts for lithium metal batteries | |
| CN115954550B (zh) | 一种全天候锂离子电池电解液、电池、充放电方法 | |
| CN105024094A (zh) | 一种含氟磺酰亚胺锂盐的聚合物电解质及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231122 Address after: The first and second floors of Building 2, Qingdao Belong Science and Technology Innovation Park, No. 120 Zhuzhou Road, Qingdao City, Shandong Province, 266101 Patentee after: Zhongke Shenlan Huize New Energy (Qingdao) Co.,Ltd. Address before: 266101 box 30, 189 Songling Road, Laoshan District, Qingdao City, Shandong Province Patentee before: QINGDAO INSTITUTE OF BIOENERGY AND BIOPROCESS TECHNOLOGY, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES |
|
| TR01 | Transfer of patent right |