背景技術(shù)：

1、本公開內(nèi)容涉及包括電化學(xué)電池中使用的電解質(zhì)材料、電極和其他組件的電化學(xué)電池的領(lǐng)域。

2、與液體電解質(zhì)相反，固態(tài)鋰離子電池(“固態(tài)電池”)使用固體電解質(zhì)。固態(tài)電池還可以使用固體電解質(zhì)與液體電解質(zhì)或其他非固體組分的組合。固態(tài)電池通常具有比用液體電解質(zhì)構(gòu)建的可比較的鋰離子電池更高的能量密度。固態(tài)電池還固有地比利用液體電解質(zhì)的鋰離子電池更安全，因?yàn)楣腆w電解質(zhì)不像液體電解質(zhì)那樣易燃。聚合物由于其低可燃性、可加工性、柔性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和寬的電化學(xué)穩(wěn)定性窗口而高度適合于制造固體電解質(zhì)。本公開內(nèi)容涉及聚合物電解質(zhì)和具有基于聚合物電解質(zhì)的組件的鋰離子可再充電電池單元。

3、常規(guī)聚合物電解質(zhì)利用被稱為聚環(huán)氧乙烷(peo)的聚合物作為聚合物主體。peo可以為用于固體聚合物電解質(zhì)的聚合物主體，因?yàn)槠涫墙?jīng)濟(jì)的，可以容易地制成膜，并且具有強(qiáng)的針對各種鋰化鹽的溶劑化特性。然而，由于原始peo的半結(jié)晶結(jié)構(gòu)，基于peo的聚合物電解質(zhì)在室溫下表現(xiàn)出低離子傳導(dǎo)率(10-8s/cm至10-6s/cm)，這對于鋰離子電池而言是不實(shí)際的。

4、為了實(shí)現(xiàn)必需的離子傳導(dǎo)率水平，必須將基于peo的聚合物電解質(zhì)的工作溫度升高至高于peo的熔點(diǎn)(>65℃)，因此半結(jié)晶區(qū)域變成無定形的。這種工作溫度要求限制了電池的實(shí)際應(yīng)用。較高的操作溫度還產(chǎn)生其他問題，因?yàn)檩^高的溫度導(dǎo)致較軟的聚合物薄膜，這可能增加短路的可能性。通過添加增塑劑、溶劑和其他添加劑來減少室溫下peo的半結(jié)晶區(qū)域的努力趨于產(chǎn)生具有差的機(jī)械強(qiáng)度和/或安全性的膜，并且不適合于大規(guī)模制造。使用其他聚合物例如聚丙烯腈(pan)和聚乙烯吡咯烷酮(pvp)配制的聚合物電解質(zhì)也具有差的離子傳導(dǎo)性。

5、本文要求保護(hù)的主題不限于解決任何缺點(diǎn)或僅在諸如以上描述的那些的環(huán)境中運(yùn)行的實(shí)施方案。而是，僅提供該背景技術(shù)以舉例說明一種其中可以實(shí)踐本文描述的一些實(shí)施方案的示例技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在本公開內(nèi)容的一個(gè)方面中，提供了聚合物電解質(zhì)，該聚合物電解質(zhì)包含聚硅氧烷si-三足配體聚合物(tripodand?polymer)(“pest”)、雙(三氟甲磺?；?酰亞胺鋰(“l(fā)itfsi”)和四氟硼酸鋰(“l(fā)ibf4”)。根據(jù)各種實(shí)施方案，聚合物電解質(zhì)可以由70重量％至90重量％的pest構(gòu)成。根據(jù)另一些實(shí)施方案，聚合物電解質(zhì)還可以由8.0重量％至29.75重量％的litfsi構(gòu)成。還在另一些實(shí)施方案中，聚合物電解質(zhì)由0.25重量％至2.0重量％的libf4構(gòu)成。聚合物電解質(zhì)在大于或等于25℃的溫度下的離子傳導(dǎo)率為1×10-5s/cm或更大。pest、litfsi和libf4可以形成為自支撐薄膜。

2、在本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面中，提供了聚合物電解質(zhì)，該聚合物電解質(zhì)包含聚硅氧烷si-三足配體聚合物(“pest”)、聚偏二氟乙烯(“pvdf”)和雙(三氟甲磺?；?酰亞胺鋰(“l(fā)itfsi”)。在一些實(shí)施方案中，pvdf為pvdf(534k)。還在另一些實(shí)施方案中，pvdf為pvdf(700k)。還在另一個(gè)實(shí)施方案中，pvdf為pvdf(hsv900)。在pvdf為pvdf(534k)的實(shí)施方案中，當(dāng)pvdf534k與litfsi的比率為50:50時(shí)，聚合物電解質(zhì)的pest濃度可以為5重量％至30重量％；當(dāng)該比率為40:60時(shí)，聚合物電解質(zhì)的pest濃度可以為5重量％至20重量％；以及當(dāng)該比率為35:65時(shí)，聚合物電解質(zhì)的pest濃度可以為5重量％至10重量％。在pvdf為pvdf(700k)的實(shí)施方案中，當(dāng)pvdf(700k)與litfsi的比率為50:50時(shí)，聚合物電解質(zhì)的pest濃度可以為5重量％至30重量％；當(dāng)該比率為40:60時(shí)，聚合物電解質(zhì)的pest濃度可以為5重量％至30重量％；當(dāng)該比率為35:65時(shí)，聚合物電解質(zhì)的pest濃度可以為5重量％至20重量％。在pvdf為pvdf(hsv900)的實(shí)施方案中，當(dāng)pvdf(hsv900)與litfsi的比率為50:50時(shí)，聚合物電解質(zhì)的pest濃度可以為5重量％至30重量％；當(dāng)該比率為40:60時(shí)，聚合物電解質(zhì)的pest濃度可以為5重量％至25重量％；當(dāng)該比率為35:65時(shí)，聚合物電解質(zhì)的pest濃度可以為5重量％至20重量％。聚合物電解質(zhì)在大于或等于25℃的溫度下的離子傳導(dǎo)率為1×10-5s/cm或更大。pest、pvdf和litfsi可以形成為自支撐薄膜。

3、本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面涉及根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方案的制造聚合物電解質(zhì)的方法。將pest溶解在第一有機(jī)溶劑中。將litfsi溶解在第二有機(jī)溶劑中。還將libf4溶解在第二有機(jī)溶劑中。將包含litfsi和libf4的第二有機(jī)溶劑添加至包含pest的第一有機(jī)溶劑中以獲得混合物，將所述混合物加熱并混合直至其為均勻的。

4、本公開內(nèi)容的又一個(gè)方面涉及根據(jù)本公開內(nèi)容的另一個(gè)實(shí)施方案的制造聚合物電解質(zhì)的方法。將pest溶解在第一有機(jī)溶劑中。將litfsi溶解在第二有機(jī)溶劑中。將pvdf添加至包含litfsi的第二有機(jī)溶劑中。然后將包含pvdf和litfsi的第二有機(jī)溶劑添加至包含pest的第一有機(jī)溶劑中以獲得混合物，將所述混合物加熱并混合直至其為均勻的。

5、本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面提供了復(fù)合材料陰極，其包括與陰極活性材料、炭黑和聚偏二氟乙烯粘結(jié)劑混合并且在集流體上形成為陰極膜的如上所述的聚合物電解質(zhì)的各種實(shí)施方案。在本公開內(nèi)容的該方面中，聚合物電解質(zhì)在復(fù)合材料陰極中起到陰極電解質(zhì)的作用。在一個(gè)實(shí)施方案中，陰極活性材料可以為磷酸鐵鋰。在另一些實(shí)施方案中，其中鎳錳鈷氧化物中的多于50％為鎳的鋰鎳錳鈷氧化物(nmc)。

6、本公開內(nèi)容的又一個(gè)方面提供了制造復(fù)合材料陰極。制備如上所述的根據(jù)各種實(shí)施方案的聚合物電解質(zhì)。將聚合物電解質(zhì)與陰極活性材料，含碳材料，以及將陰極活性材料、含碳材料和聚合物電解質(zhì)粘結(jié)的聚偏二氟乙烯粘結(jié)劑混合；然后將陰極活性材料、含碳材料、聚偏二氟乙烯粘結(jié)劑和聚合物電解質(zhì)形成為陰極膜；然后使該陰極膜形成在集流體上。在一些實(shí)施方案中，將陰極膜層和集流體壓延以將陰極膜層的密度增加至1.7g/cm3。

7、本公開內(nèi)容的一個(gè)方面還提供了制造聚合物電解質(zhì)分隔件的方法。制備如上所述的根據(jù)各種實(shí)施方案的聚合物電解質(zhì)。然后將聚合物電解質(zhì)澆注到使用上述方法制造的復(fù)合材料陰極上。也可以單獨(dú)形成聚合物電解質(zhì)分隔件，然后將其通過干燥放置與復(fù)合材料陰極結(jié)合。

8、本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面涉及電極子堆疊體，其包括各自具有如上所述的聚合物電解質(zhì)的各種實(shí)施方案的復(fù)合材料陰極和聚合物電解質(zhì)分隔件。電極子堆疊體還包括形成在負(fù)集流體上以形成陽極的陽極層。陽極、聚合物電解質(zhì)分隔件和復(fù)合材料陰極一起形成電極子堆疊體。

9、本公開內(nèi)容的另一個(gè)方面提供了可再充電電池單元，其具有：包括形成在第一集流體上的陰極層的復(fù)合材料陰極，其中復(fù)合材料陰極根據(jù)如上所述的聚合物電解質(zhì)的各種實(shí)施方案；陽極層，所述陽極層形成在第二集流體上以形成負(fù)極，其中陽極層為鋰金屬；根據(jù)如上所述的聚合物電解質(zhì)的各種實(shí)施方案的聚合物電解質(zhì)分隔件，該聚合物電解質(zhì)分隔件將正極和負(fù)極分開。正極、負(fù)極和聚合物電解質(zhì)分隔件為固體。在一些實(shí)施方案中，可再充電電池單元不包含任何液體電解質(zhì)。

10、以下參照附圖進(jìn)一步描述了這些方面和其他方面。