凝胶聚合物电解质用聚合物及其制备方法和凝胶聚合物电解质及其制备方法技术

一种凝胶聚合物电解质用聚合物，具有如下结构式：其中，8000≤n≤12000。上述凝胶聚合物电解质用聚合物能够有效地改善凝胶聚合物电解质的性能。此外，还提供凝胶聚合物电解质用聚合物的制备方法，以及凝胶聚合物电解质及其制备方法。

【技术实现步骤摘要】
凝胶聚合物电解质用聚合物及其制备方法和凝胶聚合物电解质及其制备方法
本专利技术锂离子电池
，尤其涉及一种凝胶聚合物电解质用聚合物及其制备方法，以及使用该聚合物的凝胶聚合物电解质及其制备方法。
技术介绍
在可充放电的电池中，锂离子电池作为一种新型化学电源，具有高比能量、高电压、体积小、重量轻、循环寿命长、无记忆、环境友好等优点，比其它可充放电的电池有更广泛的应用。近年来，其也是混合动力电动汽车（HEV）、插电式混合动力电动汽车（PHEV）、纯电动汽车（EV）及小型智能电网的理想储能设备之一。液态锂离子电池由于含对水分敏感、易燃、易引起爆炸的有机电解液而使其应用的安全性问题受到质疑。然而固态锂离子电池的电导率偏低，远未达到实际应用的水平，制约着锂离子电池产业的进一步发展。在液态锂离子电池和固态锂离子电池过渡态上逐渐发展起来的一种新型锂离子电池——凝胶聚合物锂离子电池。凝胶聚合物电解质（GPE）是使用聚合物基体将液体有机溶剂转化为凝胶，能有效地避免电池产生气胀漏液、爆炸起火等事故，使得聚合物锂离子电池不仅比传统的液态电解质锂离子电池具有更高的安全性，而且比固态电解质锂离子电池具有更高的电导率，且其在形状上可以灵活多变，既可以保证电池内部的充分接触，又可以大大提高电池造型设计的灵活性，增强美观性。因此凝胶聚合物电解质一直以来被科研工作者深入探究，关于在安全性要求较高的电动车、电动工具、军事和航天器等领域的应用。传统方法制得的凝胶聚合物电解质薄膜在室温下的离子导电率虽然达到2.39×10-3S.cm-1，但其界面稳定性不好，在室温下，不能同时满足离子电导率、与金属锂的界面稳定性及电化学窗口等性能需要，这些问题直接制约着GPE的进一步应用。
技术实现思路
鉴于此，有必要提供一种能够有效地改善凝胶聚合物电解质的性能的聚合物及其制备方法，以及使用该聚合物的凝胶聚合物电解质及其制备方法。一种凝胶聚合物电解质用聚合物，具有如下结构式：其中，8000≤n≤12000。一种凝胶聚合物电解质用聚合物的制备方法，包括如下步骤：在保护气体的气氛及搅拌的条件下，将1～3重量份的乳化剂加入到60～72重量份的去离子水中溶解，接着加入丙烯酸丁酯单体、苯乙烯单体、甲基丙烯酸甲酯单体和丙烯腈单体，升温至50～65℃搅拌保温反应0.3～0.5小时，在50～65℃保温的条件下，加入0.1～0.5重量份的引发剂，搅拌保温反应5～8小时，得到聚合物乳液，其中，所述丙烯酸丁酯单体、苯乙烯单体、甲基丙烯酸甲酯单体和丙烯腈单体的总重量份为25～38份；及将所述聚合物乳液加入破乳液中搅拌破乳，经抽滤、洗涤及干燥，得到凝胶聚合物电解质用聚合物，所述凝胶聚合物电解质用聚合物具有如下结构式：其中，8000≤n≤12000。在其中一个实施例中，所述乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基硫酸铵或十二烷基硫酸钾；所述引发剂为过硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸铵；所述引发剂的加入方式为滴加，且滴加的速率为1～2滴/秒。在其中一个实施例中，所述丙烯酸丁酯单体、苯乙烯单体、甲基丙烯酸甲酯单体和丙烯腈单体的质量比为1～2:1～2:1～4:1～4。在其中一个实施例中，所述破乳液为质量百分浓度为2%～5%的硫酸铝的水溶液；且所述硫酸铝的水溶液的体积为所述聚合物乳液的体积的1～2倍。在其中一个实施例中，所述洗涤的步骤为：将抽滤得到的滤渣依次使用30～45℃的去离子水、常温下的无水乙醇和去离子水洗涤，得到洗涤产物；所述干燥的步骤为：将所述洗涤产物在40～50℃下干燥2～3小时，然后在55～60℃下真空干燥12～24小时。一种凝胶聚合物电解质，包括凝胶聚合膜及吸附在所述凝胶聚合物膜上的电解液，所述凝胶聚合物膜的材料为具有如下结构式的聚合物：其中，8000≤n≤12000。在其中一个实施例中，所述凝胶聚合物膜的厚度为70～100微米；所述电解液的溶质为LiPF6、LiBF4、LiN(SO2CF3)2或LiN(SO2F)2；所述电解液的溶剂可以为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯及乙腈中的至少一种。一种凝胶聚合物电解质的制备方法，包括如下步骤：按照上述方法制备凝胶聚合物电解质用聚合物，所述凝胶聚合物用聚合物具有如下结构式：其中，8000≤n≤12000；在30～75℃下，将2～12重量份的所述凝胶聚合物电解质用聚合物搅拌溶解于88～98重量份的溶剂中，得到粘稠溶液；提供支撑体，将所述粘稠溶液涂布在所述支撑体上，干燥后得到凝胶聚合物膜；及在无氧条件下，将所述凝胶聚合物膜浸泡于电解液中30～60分钟，得到凝胶聚合物电解质。在其中一个实施例中，所述支撑体的材料为聚烯烃；所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、丙酮或四氢呋喃。由于上述凝胶聚合物电解质用聚合物中含有丙烯酸丁酯单体、苯乙烯单体、甲基丙烯酸甲酯单体和丙烯腈单体，丙烯酸丁酯单体使其具有优良的粘结性，苯乙烯单体使其具有很好的机械强度，丙烯腈单体使其较宽的电化学窗口，且甲基丙烯酸甲酯单体中含有羰基，使得其具有优异的吸液能力，使得使用上述凝胶聚合物电解质用聚合物制备的凝胶聚合物电解质的离子导电率较高、与锂金属相容性好及电化学窗口宽，因此，使用上述凝胶聚合物电解质用聚合物能够有效地改善凝胶聚合物电解质的性能。附图说明图1为一实施方式的凝胶聚合物电解质的制备方法流程图；图2为一实施方式的凝胶聚合物电解质用聚合物的制备方法流程图；图3为实施例1的凝胶聚合物电解质用聚合物与烯酸丁酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯及丙烯晴的红外图谱；图4为实施例1的凝胶聚合物膜的扫描电镜图（SEM）；图5为实施例1的凝胶聚合物电解质交流阻抗曲线；图6为实施例1的凝胶聚合物膜的热重曲线（TG）；图7为实施例1的凝胶聚合物电解质与金属锂装配成结构为SS/GPE/Li的电池的电化学稳定窗口测试曲线图；图8为实施例1的凝胶聚合物电解质与金属锂装配成结构为Li/GPE/Li扣式电池的起始、五天后及十天后的界面电阻图；图9为实施例1的结构为Li/GPE/LiNi0.5Mn1.5O4的2025型扣式凝胶聚合物锂离子电池和传统的液态锂离子电池在0.5C倍率、55℃下的循环曲线图。具体实施方式下面主要结合附图及具体实施例对凝胶聚合物电解质用聚合物及其制备方法和凝胶聚合物电解质及其制备方法作进一步详细的说明。一实施方式的凝胶聚合物用聚合物，具有如下结构式：其中，8000≤n≤12000。由于上述凝胶聚合物电解质用聚合物中含有丙烯酸丁酯单体、苯乙烯单体、甲基丙烯酸甲酯单体和丙烯腈单体，丙烯酸丁酯单体使其具有优良的粘结性，苯乙烯单体使其具有很好的机械强度，丙烯腈单体使其较宽的电化学窗口，且甲基丙烯酸甲酯单体中含有羰基，使得其具有优异的吸液能力，使得使用上述凝胶聚合物电解质用聚合物制备的凝胶聚合物电解质的离子导电率较高、与锂金属相容性好及电化学窗口宽，因此，使用上述凝胶聚合物电解质用聚合物能够有效地改善凝胶聚合物电解质的性能。一实施方式的凝胶聚合物用聚合物电解质，包括凝胶聚合膜及吸附在凝胶聚合物膜上的电解液，凝胶聚合物膜的材料为具有如下结构式的聚合物：其中，8000≤n≤12000。其中，电解液可以为本领域常用的电解液。在本实施例中，电解液的溶质可以为LiPF6、LiBF4、LiN(SO2CF3)2或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种凝胶聚合物电解质用聚合物，其特征在于，具有如下结构式：其中，8000≤n≤12000。

【技术特征摘要】
1.一种凝胶聚合物电解质用聚合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在氮气气氛及使用搅拌器以转速为200转/分钟不断搅拌的条件下，将1.0重量份的十二烷基硫酸钠加入到72重量份的去离子水中溶解，0.5小时后，加入26.9重量份的丙烯酸丁酯单体、苯乙烯单体、甲基丙烯酸甲酯单体和丙烯腈单体，其中，丙烯酸丁酯单体、苯乙烯单体、甲基丙烯酸甲酯单体和丙烯腈单体的质量比为1:1:2:4，升温至60℃保温反应0.5小时，在60℃保温的条件下，用恒压漏斗以1滴/秒的滴加速率滴加0.1重量份的过硫酸钠溶液，然后调节搅拌器的转速为600转/分钟，搅拌并于60℃保温反应6小时，得到乳白色的聚合物乳液；按照硫酸铝的水溶液的体积与聚合物乳液的体积比1:1，将聚合物乳液加入到质量百分浓度为2％的硫酸铝的水溶液中搅拌破乳，再经抽滤得到滤渣，将该滤渣首先使用40℃的去离子水清洗4次，在使用常温下的无水乙醇清洗5次，接着使用常温下的去离子水清洗8次，得到洗涤产物，将该洗涤产物放在鼓风箱中45℃干燥3小时，然后转入真空干燥箱中60℃真空干燥12小时，得到具有如下结构式的凝胶聚合物电解质用聚合物：其中，n为9800。2.一种如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢惠丽，廖友好，孙娉，李伟善，冯岸柏，冯洪亮，傅昭，严艳明，杨禹超，冯艺丰，
申请(专利权)人：深圳华粤宝电池有限公司，华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44