含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质，其由如下质量比的原材料组分制成：聚氧化乙烯10‑30份；聚(偏氟丙烯‑六氟丙烯)10‑50份；增塑剂不大于20份；锂盐3‑10份；POSS基离子液体不大于5份。本发明专利技术还公开了这种含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质的制备方法。本方法提供的含POSS基离子液体的固态聚合物具有制作工艺简单、环境污染小、可大规模生产，而且制备得到的固态聚合物电解质离子电导率高，由其组装得到的电池也具有很好的循环稳定性和倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质及其制备方法
本专利技术涉及一种可用于制造新型高性能电池的电解质及其制备工艺，特别是涉及一种锂离子电池用的固态聚合物电解质及其制备方法，还涉及一种室温POSS基离子液体的电解质及其制备方法，应用于锂离子电池的电解质膜

技术介绍
近年来，离子液体因其极低的蒸汽压、不可燃性、高的离子电导率和宽的电化学窗口等优异的物理和化学性质，在特殊催化溶剂、电容器、电化学传感器尤其是太阳能敏化电池、燃料电池和锂离子电池电解质中得到了广泛的应用。固态聚合物固态电解质可以解决传统液态电解质容易燃烧和泄漏等安全问题，但其局限性是其低的离子电导率。为了提高聚合物电解质室温离子电导率，近年来研究者除了加入增塑剂或者采用共聚合接枝降低聚合物结晶度外，也通过在聚合物电解质中掺入不同类型的纳米材料来改善聚合物电解质的性能和降低结晶度从而提高离子电导率。但是固态聚合物电解质真正从试验室进入商业化应用，其离子电导率、膜的力学性能、稳定性还有很远的路要走。POSS是一类特殊的具有笼型结构的有机无机纳米材料，POSS基离子液体兼具POSS和离子液体优点，具有好的热稳定性和优异的离子电导率，离子液体具有极低的蒸汽压、不可燃性、高的离子电导率和宽的电化学窗口等优异的物理和化学性质，因此在电容器、电化学传感器、电池电解质中有潜在的应用前景，也得到了一些应用。但鉴于安全和稳定性的考虑，人们一直在寻求具有更高的锂离子导电性的固体电解质材料。现有的固态聚合物电解质的导电性、电化学窗口宽度、电化学稳定性以及电解质膜的综合性能还不够理想，其制备工艺较为复杂，不利于产业化应用，由其组装的锂离子电池的循环稳定性和倍率性能有待于提高，来满足新型高性能电池的需要。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质及其制备方法，利用自制的一系列室温POSS基离子液体用于制备新型固态聚合物电解质自支撑膜，所制含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质膜具有较高的离子电导率和电化学稳定性，由其组装的锂离子电池表现出良好的循环稳定性和倍率性能。本专利技术提供的含POSS基离子液体的固态聚合物电解质方法工艺简单，环境污染小，可实现大规模生产。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质，所含组份及其重量份数如下：聚氧化乙烯为10-30份；聚(偏氟丙烯-六氟丙烯)为10-50份；增塑剂为不大于20份；锂盐为3-10份；室温POSS基离子液体不大于5份；其中在所述固态聚合物电解质中，所述锂盐组分的质量含量为：聚氧化乙烯中EO与锂盐中的Li的物质的量比为(5-20):1。上述锂盐优选采用双三氟甲基磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂和四氟硼酸锂中的任意一种盐或任意几种的混合盐。上述增塑剂优选采用碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯中的任意一种或任意几种的混合物。优选上述室温POSS基离子液体的结构通式为：在通式中，当n＝2时，为POSS-PrMIM；当n＝3时，为POSS-BMIM；n＝4时，为POSS-PeMIM；n＝5时，为POSS-HMIM。作为本专利技术优选的技术方案，在固态聚合物电解质中，聚氧化乙烯和聚(偏氟丙烯-六氟丙烯)的组份重量份数比例为1：(1-3)；聚氧化乙烯中EO与锂盐中的Li的物质的量比为(8-12):1；聚氧化乙烯和室温POSS基离子液体的组份重量份数比例为(5-11):1。本专利技术固态聚合物电解质优选由聚氧化乙烯、聚(偏氟丙烯-六氟丙烯)、锂盐和室温POSS基离子液体组成。作为本专利技术优选的技术方案，优选利用各组份制成含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质自支撑膜。一种本专利技术含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质的制备方法，包括如下步骤：a.各组分按重量份数分别称量：聚氧化乙烯为10-30份；聚(偏氟丙烯-六氟丙烯)为10-50份；增塑剂为不大于20份；室温POSS基离子液体不大于5份；然后将称量好的各原料倒入圆底烧瓶中，并向圆底烧瓶中加入一定量的溶剂，在室温～80℃的温度下进行搅拌1-12小时，使原料充分溶解混合，得到混合液；上述溶剂优选采用二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和乙腈中的任意一种溶剂或任意几种的混合溶剂；b.按照聚氧化乙烯中EO与锂盐中Li的物质的量比为(5-20):1的比例向在所述步骤a中制备的混合液中加入锂盐，继续对混合液搅拌1-5小时；然后将搅拌均匀的溶液倒入洗涤干净的聚四氟乙烯模具中，在40-60℃烘箱中，进行真空烘4-15小时，除去溶剂，并通过干燥处理，得到含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质膜。在本专利技术中，溶剂的加入量根据需要量加入，最终还要将溶剂去除。离子液体用作电解液的缺点是黏度太高，但只要混入少量有机溶剂就可以大大降低其黏度，易于进行原料混合，满足制备固态聚合物电解质自支撑膜的工艺要求。作为本专利技术优选的技术方案，本专利技术制备方法，在上述步骤a中，在40～80℃的温度下进行搅拌，使原料充分溶解混合，得到混合液；在上述步骤b中，向在步骤a中制备的混合液中加入锂盐，继续对混合液搅拌2-5小时；在烘箱中，进行真空烘6-10小时，除去溶剂。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：1.本专利技术制备的含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质的室温离子电导率为4.54～8×10-4S·cm-1，62℃的离子电导率为1.6～2.04×10-3S·cm-1。通过POSS接枝功能化的离子液体POSS-ILs，兼具POSS和离子液体的优点，不仅明显提升了其热稳定性能，而且其离子传输能力也得到提高，我们利用自制的一系列室温POSS基离子液体用于制备新型固态聚合物电解质自支撑膜，所制固态聚合物电解质膜具有较高的离子电导率和电化学稳定性，由其组装的锂离子电池表现出良好的循环稳定性和倍率性能；2.本专利技术方法简单易行，制备条件温和，原料廉价易得，工艺成本低，应用范围广泛，具有较广阔的应用前景。附图说明图1是本专利技术实施例一含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质用于不锈钢/POSS-PrMIM-SPE/不锈钢电池的阻抗图。图2是对比例不含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质用于不锈钢/blankSPE/不锈钢电池的阻抗图。图3是本专利技术实施例一含室温POSS-PrMIM固态聚合物电解质的Li/POSS-PrMIM-SPE/LiFePO4组装电池在0.1℃下的循环图。图4是本专利技术实施例二采用室温POSS基离子液体是POSS-BMIM时，制备的含POSS-BMIM的固态聚合物电解质POSS-BMIM-SPEs的实物图。具体实施方式以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本专利技术的优选实施例详述如下：实施例一：在本实施例中，一种含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质的制备方法，包括如下步骤：依次称取11份聚氧化乙烯(PEO)、22份聚(偏氟丙烯-六氟丙烯)(P(VDF-HFP))、17碳酸丙烯酯以及1份POSS-PrMIM，然后将称量好的原料倒入圆底烧瓶中，并向圆底烧瓶中加入一定量的二甲基甲酰胺(DMF)，在80℃下搅拌6小时，使原料在DMF中充分溶解，随后按照本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质，其特征在于，所含组份及其重量份数如下：聚氧化乙烯为10‑30份；聚(偏氟丙烯‑六氟丙烯)为10‑50份；增塑剂为不大于20份；锂盐为3‑10份；室温POSS基离子液体不大于5份；其中在所述固态聚合物电解质中，所述锂盐组分的质量含量为：聚氧化乙烯中EO与锂盐中的Li的物质的量比为(5‑20):1。

【技术特征摘要】
1.一种含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质，其特征在于，所含组份及其重量份数如下：聚氧化乙烯为10-30份；聚(偏氟丙烯-六氟丙烯)为10-50份；增塑剂为不大于20份；锂盐为3-10份；室温POSS基离子液体不大于5份；其中在所述固态聚合物电解质中，所述锂盐组分的质量含量为：聚氧化乙烯中EO与锂盐中的Li的物质的量比为(5-20):1。2.根据权利要求1所述含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质，其特征在于：所述锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂和四氟硼酸锂中的任意一种盐或任意几种的混合盐。3.根据权利要求1所述含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质，其特征在于：所述增塑剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯中的任意一种或任意几种的混合物。4.根据权利要求1所述含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质，其特征在于：所述室温POSS基离子液体，其结构通式为：在通式中，当n＝2时，为POSS-PrMIM；当n＝3时，为POSS-BMIM；n＝4时，为POSS-PeMIM；n＝5时，为POSS-HMIM。5.根据权利要求1～4中任意一项所述含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质，其特征在于：在固态聚合物电解质中，聚氧化乙烯和聚(偏氟丙烯-六氟丙烯)的组份重量份数比例为1：(1-3)；聚氧化乙烯中EO与锂盐中的Li的物质的量比为(8-12):1；聚氧化乙烯和室温POSS基离子液体的组份重量份数比例为(5-11):1。6.根据权利要求1～4中任意一项所述含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：付继芳，徐玉峰，施利毅，尚大鹏，李濛濛，陈立亚，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31