一种聚合物电解质的制备方法及聚合物电解质技术

为克服现有技术中聚合物电解质不耐高温、机械强度低、离子电导率低的问题，本发明专利技术提供一种聚合物电解质的制备方法，包括：S1、将单体、聚合物锂盐在水中混合，得到预乳化乳液；S2、将预乳化乳液升温至65‑75℃，反应0.5‑1h；S3、再取所述单体和聚合物锂盐，并在水中混合，得到第二乳液；将第二乳液分多次添加至所述预乳化乳液中，反应4‑6h；S4、升温至80‑90℃，反应0.5‑1h；得到聚合物乳液；S5、将无纺布基体浸润于聚合物乳液中，超声处理10‑60s，并干燥。同时，本发明专利技术还公开了上述方法制备得到的聚合物电解质。本发明专利技术提供的聚合物电解质可耐高温，且机械强度高、离子电导率和锂离子迁移数高。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物电解质的制备方法及聚合物电解质
本专利技术涉及锂离子电池领域，尤其是涉及一种聚合物电解质的制备方法及该方法制备得到的聚合物电解质。
技术介绍
锂离子电池已经广泛用于电子设备，在新能源开发的储能领域也占有重要地位。液态电解质由于具有电导率高，渗透性好等特点，仍是当前锂离子电池的电解质类型的主流。但是液态电解质中隔膜的热变形温度不高，电解液容易泄漏、挥发、燃烧。在锂枝晶或者导电颗粒刺穿隔膜之后，刺穿处发生短路，断路处温度升高，进而隔膜融化，正负极料区接触，发生大面积短路，限制了锂离子电池安全性能。现有技术中存在采用相转变法制备的PVDF-HFP共聚物，具体通过控制溶剂和非溶剂挥发速度的不同而造孔，形成多孔结构。该方案的离子导电机理与传统的PE/PP膜相同，都是通过液态电解质填充空隙，构成离子导电通道。通过对PE/PP膜材料的替换，提高了电池的使用温度。但是，不足之处是残留的造孔剂导致电池胀气并使循环性能下降，并且制备过程需要大量的有机溶剂。现有技术中同时存在一种由含有聚醚侧链和碳酸酯结构的三种丙烯酸酯单体，浸润到无纺布中聚合，得到干燥的聚合物电解质，进而浸润电解液形成凝胶电解质膜。上述制备过程都是在无水无氧环境下实现，循环和倍率性能可以达到液态电解质锂离子电池的程度。但是上述电解质的机械强度不够，小分子单体不容易去除，并且制备条件苛刻。另外，现有技术中还存在一种微相分离聚合物电解质，第一聚合物相提供离子电导率，第二聚合物相提供机械结构并具有不低于190℃的软化温度，该方案同时具备较高的高温离子电导率和机械强度。但是该电解质常温下的离子电导率不高。专利
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中的聚合物电解质不耐高温、机械强度低、离子电导率低的问题，提供一种聚合物电解质的制备方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：提供一种聚合物电解质的制备方法，包括如下步骤：S1、将单体、可聚合锂盐在水中搅拌混合，得到预乳化乳液；所述可聚合锂盐选自11-甲基丙烯酰氧基十一烷基硫酸锂、11-巴豆酰氧基十一烷基硫酸锂、丙烷基十四烷基马来酸酯磺酸锂、烯丙基磺酸锂、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烯磺酸锂、乙烯基磺酸锂、乙烯基苯磺酸锂、丙烯酸锂、甲基丙烯酸锂中的一种或多种；S2、将预乳化乳液升温至65-75℃，持续反应0.5-1h；S3、再取所述单体和可聚合锂盐，并在水中搅拌混合，得到第二乳液；将所述第二乳液分多次添加至所述预乳化乳液中，并继续反应4-6h；S4、升温至80-90℃，持续反应0.5-1h；得到聚合物乳液；S5、将无纺布基体浸润于所述聚合物乳液中，超声处理10-60s，经干燥后得到所述聚合物电解质。同时，本专利技术还提供了通过上述方法制备得到的聚合物电解质。本专利技术提供的聚合物电解质具有较高的离子电导率和锂离子迁移数(大于0.2，明显高于本领域常规的聚合物电解质的锂离子迁移数)，可以有效抑制锂离子电池在充放电过程中的极化现象，避免内阻分布不均，防止局部过流发热，提高了安全性能。同时，也可提高电池充放电的倍率性能。并且，上述聚合物电解质的耐热性能以及机械强度优异。同时，其制备过程无需使用有机溶剂。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供的聚合物电解质的制备方法，包括如下步骤：S1、将单体、可聚合锂盐在水中搅拌混合，得到预乳化乳液；所述可聚合锂盐选自11-甲基丙烯酰氧基十一烷基硫酸锂、11-巴豆酰氧基十一烷基硫酸锂、丙烷基十四烷基马来酸酯磺酸锂、烯丙基磺酸锂、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烯磺酸锂、乙烯基磺酸锂、乙烯基苯磺酸锂、丙烯酸锂、甲基丙烯酸锂中的一种或多种；S2、将预乳化乳液升温至65-75℃，持续反应0.5-1h；S3、再取所述单体和可聚合锂盐，并在水中搅拌混合，得到第二乳液；将所述第二乳液分多次添加至所述预乳化乳液中，并继续反应4-6h；S4、升温至80-90℃，持续反应0.5-1h；得到聚合物乳液；S5、将无纺布基体浸润于所述聚合物乳液中，超声处理10-60s，经干燥后得到所述聚合物电解质。根据本专利技术，需首先提供可聚合锂盐，本专利技术中采用的可聚合锂盐选自11-甲基丙烯酰氧基十一烷基硫酸锂、11-巴豆酰氧基十一烷基硫酸锂、丙烷基十四烷基马来酸酯磺酸锂、烯丙基磺酸锂、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烯磺酸锂、乙烯基磺酸锂、乙烯基苯磺酸锂、丙烯酸锂、甲基丙烯酸锂中的一种或多种。上述可聚合锂盐可通过商购得到，同样也可以自行制备。例如，可通过取5g的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸，配成20mL溶液，然后加入碳酸锂，得到2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂。本专利技术中，如步骤S1，需先将单体、可聚合锂盐在水中搅拌混合，得到预乳化乳液。上述单体可采用现有技术中乳液聚合是常用的单体。本专利技术中，优选情况下，所述单体包括基本单体和功能单体。具体的，所述基本单体选自(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸异辛酯、(甲基)丙烯酸异戊酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。所述功能单体选自(甲基)丙烯酸甲氧乙酯、(甲基)丙烯酸聚乙二醇甲氧酯、二(甲基)丙烯酸聚乙二醇酯、(甲基)丙烯酰二甲胺、丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸聚乙二醇酯中的一种或多种。上述各种单体均可通过常规的商购获得。制备上述预乳化乳液时，上述基本单体和功能单体以及可聚合锂盐的相对含量可在较大范围内变动，优选情况下，所述预乳化乳液中固体物质重量为基准，所述基本单体的含量为50-90wt％，所述功能单体的含量为0-30wt％，所述可聚合锂盐的含量为10-50wt％。根据本专利技术，形成上述预乳化乳液后，如步骤S2，需将预乳化乳液升温至65-75℃，持续反应4-6h。本专利技术中，还需制备同样含有上述单体和可聚合锂盐的第二乳液，具体为取所述单体和可聚合锂盐，并在水中搅拌混合，得到第二乳液。所述第二乳液中，以所述第二乳液中固体物质重量为基准，所述基本单体的含量为70-95wt％，所述功能单体的含量为0-40wt％，所述可聚合锂盐的含量为5-30wt％。同时，如所述步骤S3，需将所述第二乳液分多次添加至所述预乳化乳液中。根据本专利技术，第二乳液的添加量可在较大范围内变动，优选情况下，所述第二乳液中的可聚合锂盐的质量含量与预乳化乳液中的可聚合锂盐的质量含量之比为0.2-1:1。根据本专利技术，上述将所述第二乳液分多次添加至所述预乳化乳液中的方法为：每10-15分钟添加一次，每次添加量相等。待上述第二乳液添加完成后，需继续反应4-6h。如步骤S4，本专利技术中，还需升温至80-90℃，持续反应0.5-1h，得到聚合物乳液。通过上述方法制备得到的聚合物乳液的固含量可能会较高，使其粘度较大，不利于后续步骤的进行。优选情况下，获得上述聚合物乳液后，包括先将所述聚合物乳液的固含量调整为5-20％，然后再将无纺布基体浸润于所述聚合物乳液中。上述调整聚合物乳液的具体方法可以为常规的方法，例如，根据所需达到的目标固含量，计算出所需添加的溶剂(例如水)的量，然后将溶剂添加至上述聚合物乳液中即可。根据本专利技术，如上述步骤S5，将无纺布基体浸润于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将单体、聚合物锂盐在水中搅拌混合，得到预乳化乳液；所述聚合物锂盐选自11‑甲基丙烯酰氧基十一烷基硫酸锂、11‑巴豆酰氧基十一烷基硫酸锂、丙烷基十四烷基马来酸酯磺酸锂、烯丙基磺酸锂、2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙烯磺酸锂、乙烯基磺酸锂、乙烯基苯磺酸锂、丙烯酸锂、甲基丙烯酸锂中的一种或多种；S2、将预乳化乳液升温至65‑75℃，持续反应0.5‑1h；S3、再取所述单体和聚合物锂盐，并在水中搅拌混合，得到第二乳液；将所述第二乳液分多次添加至所述预乳化乳液中，并继续反应4‑6h；S4、升温至80‑90℃，持续反应0.5‑1h；得到聚合物乳液；S5、将无纺布基体浸润于所述聚合物乳液中，超声处理10‑60s，经干燥后得到所述聚合物电解质。

【技术特征摘要】
1.一种聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将单体、可聚合锂盐在水中搅拌混合，得到预乳化乳液；所述可聚合锂盐选自11-甲基丙烯酰氧基十一烷基硫酸锂、11-巴豆酰氧基十一烷基硫酸锂、丙烷基十四烷基马来酸酯磺酸锂、烯丙基磺酸锂、2-丙烯酰胺-2-甲基丙烯磺酸锂、乙烯基磺酸锂、乙烯基苯磺酸锂、丙烯酸锂、甲基丙烯酸锂中的一种或多种；S2、将预乳化乳液升温至65-75℃，持续反应0.5-1h；S3、再取所述单体和可聚合锂盐，并在水中搅拌混合，得到第二乳液；将所述第二乳液分多次添加至所述预乳化乳液中，并继续反应4-6h；S4、升温至80-90℃，持续反应0.5-1h；得到聚合物乳液；S5、将无纺布基体浸润于所述聚合物乳液中，超声处理10-60s，经干燥后得到所述聚合物电解质。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述单体包括基本单体和功能单体；所述基本单体选自(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸异辛酯、(甲基)丙烯酸异戊酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种；所述功能单体选自(甲基)丙烯酸甲氧乙酯、(甲基)丙烯酸聚乙二醇甲氧酯、二(甲基)丙烯酸聚乙二醇酯、(甲基)丙烯酰二甲胺、丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸聚乙二醇酯中的一种或多种；所述预乳化乳液中，以固体物质重量为基准，所述基本单体的含量为50-90wt％，所述功...

【专利技术属性】
技术研发人员：李光兴，卢国杰，刘志远，于立娟，韩晓辉，程君，李文良，
申请(专利权)人：曙鹏科技深圳有限公司，深圳市豪鹏科技有限公司，惠州市豪鹏科技有限公司，博科能源系统深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44