一种全固态电解质及其制备方法和一种锂电池技术

本发明专利技术属于固态电解质领域，提供了一种全固态电解质，包含聚己内酯基嵌段共聚物、锂盐和多孔刚性材料隔膜；所述聚己内酯基嵌段共聚物和锂盐的质量比为(50～90):(10～50)。由实施例结果可知，所述全固态电解质的离子电导率为1.2×10

An all-solid-state electrolyte and its preparation method and a lithium battery

The invention belongs to the field of solid electrolyte, and provides an all-solid electrolyte comprising polycaprolactone block copolymer, lithium salt and porous rigid material diaphragm; the mass ratio of the polycaprolactone block copolymer and lithium salt is (50-90): (10-50). According to the results of the embodiments, the ionic conductivity of the all-solid electrolyte is 1.2*10.

【技术实现步骤摘要】
一种全固态电解质及其制备方法和一种锂电池
本专利技术涉及固态电解质
，尤其涉及一种全固态电解质及其制备方法和一种锂电池。
技术介绍
新型电化学储能器件锂离子电池受到了广泛的关注，并且已经在生活中的各个领域当中得到了应用，如智能手机、笔记本电脑、iPad等多种3C智能便携式电子设备以及新能源电动车。随着人们需求的不断增长，对锂离子电池的能量密度要求也在不断提升，而传统电解液的能量密度已经接近上线。同时，传统液态锂离子电池由于采用有机液态电解液，存在易泄漏、易挥发、易燃烧等安全隐患，安全性有待提高。因此发展固态聚合物锂离子电池，用固态聚合物电解质取代液态电解质，是解决锂电池安全问题的有效途径。然而，现阶段的聚合物电解质在性能上仍有缺陷，如电化学稳定窗口较窄(≤4V)，不能搭配高电压的正极材料，能量密度偏低；固态聚合物电解质的离子电导率相对于液态电解质仍然很低；离子迁移数低，导致电池内部浓差极化大，影响电池的能量密度和功率密度等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种全固态电解质及其制备方法和一种锂电池，本专利技术提供的全固态电解质同时具有较宽的电化学稳定窗口、高的离子电导率和高的离子迁移数。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种全固态电解质，包含聚己内酯基嵌段共聚物、锂盐和多孔刚性材料隔膜；所述聚己内酯基嵌段共聚物和锂盐的质量比为(50～90):(10～50)。优选的，所述聚己内酯基嵌段共聚物包含聚己内酯-聚三亚甲基碳酸酯-聚己内酯、聚己内酯-聚碳酸亚丙基酯-聚己内酯和聚己内酯-聚环氧乙烷-聚己内酯中的一种、两种或三种。优选的，所述聚己内酯基嵌段共聚物中聚己内酯链段的数均分子量为0.4～5万，聚三亚甲基碳酸酯链段、聚碳酸亚丙基酯链段和聚环氧乙烷链段的数均分子量独立地为3～50万。优选的，所述锂盐包含双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂、高氯酸锂、六氟磷酸锂、六氟合砷酸锂、四氟硼酸锂、甲基磺酸锂和二草酸硼酸锂中的一种或多种。优选的，所述多孔刚性材料隔膜的组分包含多孔纤维素、多孔玻璃纤维、多孔聚乙烯和多孔聚丙烯中的一种或几种。优选的，所述全固态电解质的厚度为20～120μm。本专利技术还提供了一种所述的全固态电解质的制备方法，包含如下步骤：(1)将聚己内酯基嵌段共聚物、锂盐和有机溶剂混合，得到混合料液；(2)将所得混合料液在多孔刚性材料隔膜上进行成膜，得到全固态电解质。优选的，所述有机溶剂的体积和聚己内酯基嵌段共聚物的质量比为(2～6)mL:1g。本专利技术还提供了一种锂电池，包含所述的全固态电解质或者所述制备方法得到的全固态电解质。优选的，还包含正极和负极，所述正极包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、锂镍钴氧、锂镍钴锰氧和磷酸铁锰锂中的一种或多种，所述负极为锂。本专利技术提供了一种全固态电解质，包含聚己内酯基嵌段共聚物、锂盐和多孔刚性材料隔膜；所述聚己内酯基嵌段共聚物和锂盐的质量比为(50～90):(10～50)。本专利技术所述聚己内酯基嵌段共聚物均为生物可降解材料，使得所述固态电解质具有生物可降解性；本专利技术使用的聚己内酯基嵌段共聚物具有低的结晶度，能够提高产品的离子电导率；本专利技术所述的聚己内酯基嵌段共聚物作为电解质具有高的离子电导率，离子迁移数和宽的电化学窗口。由实施例结果可知，所述全固态电解质的离子电导率为1.2×10-5～4.3×10-4S/cm，电化学窗口达到4.5～5V，锂离子迁移数达0.4～0.6。本专利技术还提供了一种所述的全固态电解质的制备方法，包含如下步骤：(1)将聚己内酯基嵌段共聚物、锂盐和有机溶剂混合，得到混合料液；(2)将所得混合料液在多孔刚性材料隔膜上进行成膜，得到全固态电解质。本专利技术所述制备方法操作简便，实用性强，易于实施。本专利技术还提供了一种锂电池，包含所述的全固态电解质或者所述制备方法得到的全固态电解质。本专利技术所制备的全固态电解质组成的固态锂电池循环稳定性高，并且可以在室温下进行充放电。附图说明图1为实施例1产品的电化学窗口；图2为实施例1产品的高温充放电曲线；图3为实施例2产品的高温充放电曲线；图4为实施例2产品的室温充放电曲线；图5为实施例3产品的循环性能曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种全固态电解质，包含聚己内酯基嵌段共聚物、锂盐和多孔刚性材料隔膜；所述聚己内酯基嵌段共聚物和锂盐的质量比为(50～90):(10～50)。在本专利技术中，所述聚己内酯基嵌段共聚物优选包含聚己内酯-聚三亚甲基碳酸酯-聚己内酯、聚己内酯-聚碳酸亚丙基酯-聚己内酯和聚己内酯-聚环氧乙烷-聚己内酯中的一种、两种或三种；所述聚己内酯基嵌段共聚物中聚己内酯链段的数均分子量优选为0.4～5万，更优选为2～3万，所述聚三亚甲基碳酸酯链段、聚碳酸亚丙基酯链段和聚环氧乙烷链段的数均分子量独立地优选为3～50万，更优选为10～40万，进一步优选为20～30万。本专利技术将所述聚己内酯基嵌段共聚物、聚三亚甲基碳酸酯链段、聚碳酸亚丙基酯链段和聚环氧乙烷链段的分子量控制在上述范围内，最终能够使得产品具有良好的成膜性和高的离子电导率。本专利技术所述聚己内酯基嵌段共聚物均为生物可降解材料，使得所述固态电解质具有生物可降解性。在本专利技术中，所述聚己内酯基嵌段共聚物优选采用自制聚己内酯基嵌段共聚物。在本专利技术中，所述聚己内酯基嵌段共聚物的制备方法优选包含如下步骤：将己内酯、羟基封端的聚合物、催化剂和溶剂混合后进行反应，得到产物体系；将所得产物体系溶于极性溶剂中，再用非极性溶剂进行沉淀提纯，干燥后得到所述聚己内酯基嵌段共聚物。本专利技术将己内酯、羟基封端的聚合物、催化剂和溶剂混合后进行反应，得到产物体系。在本专利技术中，所述羟基封端的聚合物具体为羟基封端的聚三亚甲基碳酸酯、羟基封端的聚环氧乙烷和羟基封端的聚碳酸亚丙酯中的一种或多种，所述溶剂优选为甲苯和二甲苯中的一种或几种，所述催化剂优选为二价锡化物，更优选为辛酸亚锡Sn(Oct)2。在本专利技术中，所述己内酯与羟基封端的聚合物的质量比优选为3:1～3，更优选为3:2；所述催化剂的质量优选为将己内酯、羟基封端的聚合物、催化剂和溶剂混合得到的混合物总质量的0.1～1％，更优选为0.5～0.6％；所述己内酯的质量和溶剂的体积之比优选为(1.5～3)g:(50～100)mL。在本专利技术中，所述反应过程中，己内酯和羟基封端的聚合物在催化剂的催化作用下进行聚合反应生成聚己内酯基嵌段共聚物；所述反应的温度优选为100～120℃，更优选为105～115℃；所述反应的时间优选为12～48h，更优选为20～35h。得到产物体系后，本专利技术将所得产物体系溶于极性溶剂中，再用非极性溶剂进行沉淀提纯，干燥后得到所述聚己内酯基嵌段共聚物。在本专利技术中，所述极性溶剂优选为甲醇、乙醇、四氢呋喃、二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)中的一种或多种；所述非极性溶剂优选为石油醚、正己烷和苯中的一中或多种。本专利技术对所述极性溶剂和非极性溶剂的用量没有特殊要求，能够实现全部溶解和全部沉淀的技术目的即可。在本专利技术中，所述干燥优选在真空干燥箱中进行，所述干燥的温度优选为40～80℃，更优选为50～60℃；所述干燥的时间优选为12～24h，更优选为16～20h。本专利技术使用的聚己内酯为半结晶态，通过共聚的方法可以降低其结晶度，进而提高全固态电解质的离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全固态电解质，其特征在于，包含聚己内酯基嵌段共聚物、锂盐和多孔刚性材料隔膜；所述聚己内酯基嵌段共聚物和锂盐的质量比为(50～90):(10～50)。

【技术特征摘要】
1.一种全固态电解质，其特征在于，包含聚己内酯基嵌段共聚物、锂盐和多孔刚性材料隔膜；所述聚己内酯基嵌段共聚物和锂盐的质量比为(50～90):(10～50)。2.根据权利要求1所述的全固态电解质，其特征在于，所述聚己内酯基嵌段共聚物包含聚己内酯-聚三亚甲基碳酸酯-聚己内酯、聚己内酯-聚碳酸亚丙基酯-聚己内酯和聚己内酯-聚环氧乙烷-聚己内酯中的一种、两种或三种。3.根据权利要求2所述的全固态电解质，其特征在于，所述聚己内酯基嵌段共聚物中聚己内酯链段的数均分子量为0.4～5万，聚三亚甲基碳酸酯链段、聚碳酸亚丙基酯链段和聚环氧乙烷链段的数均分子量独立地为3～50万。4.根据权利要求1所述的全固态电解质，其特征在于，所述锂盐包含双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂、高氯酸锂、六氟磷酸锂、六氟合砷酸锂、四氟硼酸锂、甲基磺酸锂和二草酸硼酸锂中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的全固态电解质，其特征在于，所述多孔刚性...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢海明，张博皓，丛丽娜，刘军，孙立群，刘佳，
申请(专利权)人：东北师范大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22