含耐高温固态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耐高温固态POSS基离子液体的固态聚合物电解质及其制备方法，该固态聚合物电解质由聚合物基体、锂盐和少量含耐高温固态POSS基离子液体组成；该固态聚合物电解质具有较高离子电导率和较宽电化学窗口。本发明专利技术还公开了这种含耐高温固态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电解质具有制作工艺简单、环境污染小、可大规模生产，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】
含耐高温固态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，还涉及一种含耐高温固态POSS基离子液体的电解质及其制备方法，应用于固体聚合物电解质膜

技术介绍
近年来固态聚合物电解质由于安全性高、成本低、重量轻、韧性好等优点，成为电解质领域研究的一个热点。离子液体不可燃性、高的离子电导率和宽的电化学窗口等特点，使其在固态聚合物电解质中具有广泛的应用。POSS作为一种有机-无机纳米杂化材料，由于其独特的纳米尺寸笼型结构，POSS基离子液体会同时具有无机盐和离子液体的优点，在改性固态聚合物电解质中有独特的优势和特点。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，提供一种含耐高温固态POSS基离子液体的固态聚合物电解质及其制备方法，利用自行设计合成的系列耐高温POSS基离子液体，来制备新型固态聚合物电解质，所获得的固体聚合物电解质离子电导率和宽的电化学窗口，其电化学稳定性明显提高，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：一种含耐高温固态POSS基离子液体的固态聚合物电解质，其物质组成为：由聚合物基体、锂盐、增塑剂和高温固态POSS基离子液体按照一定比例，在特定适量的溶剂中进行均匀混合后，再去除溶剂，经过特定的制备方法处理后形成自支撑膜，即为固态聚合物电解质膜；所述聚合物基体为聚氧化乙烯和聚(偏氟丙烯-六氟丙烯)混合而成，且聚氧化乙烯和聚(偏氟丙烯-六氟丙烯)的质量比为1:1～1:3；所述增塑剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯中的任意一种或任意几种的混合物，在所述固态聚合物电解质中，所述增塑剂组分的质量含量与聚合物基体组分的质量含量之比为(0-17):33；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，在所述固态聚合物电解质中，所述锂盐组分的质量含量为：聚合物基体中EO与锂盐的Li的物质的量比为(5-20):1；在所述固态聚合物电解质中，所述POSS基离子液体的质量含量不高于聚合物基体质量含量的0.2倍。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。优选上述耐高温固态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。优选上述聚合物基体中EO与锂盐的Li的物质的量比为(8-12):1。优选上述聚合物基体质量含量和所述POSS基离子液体的质量含量之比为(20-44):1。含耐高温固态POSS基离子液体的固态聚合物电解质优选由上聚合物基体、锂盐和高温固态POSS基离子液体按照一定比例组成。一种本专利技术含耐高温固态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.按比例分别称取聚氧化乙烯、聚(偏氟丙烯-六氟丙烯)、增塑剂和POSS基离子液体作为原料，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2-12小时，使原料充分溶解混合，得到混合液；作为优选的技术方案，在室温～80℃的温度下进行搅拌4-12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.按照聚合物基体中EO与锂盐的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；再通过旋蒸除去溶剂，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，进行真空干燥，得到固态聚合物电解质自支撑膜。作为优选的技术方案，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3-5小时；在50-60℃烘箱中，进行真空干燥。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。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，通过本专利技术方法用其制备得到的自支撑固态聚合物电解质膜，具有优异离子电导率和电化学稳定性能，由其组装的锂离子电池也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耐高温固态POSS基离子液体的固态聚合物电解质的离子电导率曲线图。图2是本专利技术实施例一含POSS-PrMIM固态聚合物电解质SPE-1组装电池的循环性能图。图3是本专利技术实施例二采用耐高温固态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，一种本专利技术含耐高温固态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份碳酸丙烯酯以及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)，80℃下搅拌12小时使原料在二甲基甲酰胺中充分溶解，随后按照EO：Li摩尔比例为10：1加入双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)，继续搅拌5小时。旋蒸除去溶剂，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60℃烘箱中真空干燥得到含POSS基离子液体的固态聚合物电解质。本实施例采用耐高温固态POSS基离子液体作为原料，其结构通式为：在通式中，n＝2时，为POSS-PrMIM。本实施例制备了含POSS-PrMIM固态聚合物电解质，经实验测试分析，其室温离子电导率为3.96×10-4S·cm-1，62℃离子电导率为1.51×10-3S·cm-1，而空白SPE的离子电导率在室温和62℃以下分别为：7.3×10-5S·cm-1和6.2×10-4S·cm-1。参见图1，图1为含POSS-PrMIM固态聚合物电解质和空白电解质组装的电池的交流阻抗对比图，可以看出前者阻抗显著低于后者，其相应温度下的离子电导率也高出后者一个数量级，POSS-ILs的加入能够明显的降低本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含耐高温固态POSS基离子液体的固态聚合物电解质，其特征在于，其物质组成为：由聚合物基体、锂盐、增塑剂和高温固态POSS基离子液体按照一定比例，在特定适量的溶剂中进行均匀混合后，再去除溶剂，经过特定的制备方法处理后形成自支撑膜，即为固态聚合物电解质膜；所述聚合物基体为聚氧化乙烯和聚(偏氟丙烯‑六氟丙烯)混合而成，且聚氧化乙烯和聚(偏氟丙烯‑六氟丙烯)的质量比为1:1～1:3；所述增塑剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯中的任意一种或任意几种的混合物，在所述固态聚合物电解质中，所述增塑剂组分的质量含量与聚合物基体组分的质量含量之比为(0‑17):33；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，在所述固态聚合物电解质中，所述锂盐组分的质量含量为：聚合物基体中EO与锂盐的Li的物质的量比为(5‑20):1；在所述固态聚合物电解质中，所述POSS基离子液体的质量含量不高于聚合物基体质量含量的0.2倍。

【技术特征摘要】
1.一种含耐高温固态POSS基离子液体的固态聚合物电解质，其特征在于，其物质组成为：由聚合物基体、锂盐、增塑剂和高温固态POSS基离子液体按照一定比例，在特定适量的溶剂中进行均匀混合后，再去除溶剂，经过特定的制备方法处理后形成自支撑膜，即为固态聚合物电解质膜；所述聚合物基体为聚氧化乙烯和聚(偏氟丙烯-六氟丙烯)混合而成，且聚氧化乙烯和聚(偏氟丙烯-六氟丙烯)的质量比为1:1～1:3；所述增塑剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯中的任意一种或任意几种的混合物，在所述固态聚合物电解质中，所述增塑剂组分的质量含量与聚合物基体组分的质量含量之比为(0-17):33；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，在所述固态聚合物电解质中，所述锂盐组分的质量含量为：聚合物基体中EO与锂盐的Li的物质的量比为(5-20):1；在所述固态聚合物电解质中，所述POSS基离子液体的质量含量不高于聚合物基体质量含量的0.2倍。2.根据权利要求1所述含耐高温固态POSS基离子液体的固态聚合物电解质，其特征在于：所述溶剂为二甲基甲酰胺、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。3.根据权利要求1所述含耐高温固态POSS基离子液体的固态聚合物电解质，其特征在于：所述耐高温固态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。4.根据权利要求1所述含耐高温固态POSS基离子液体的固态聚合物电解质，其特征在于：聚合物基体中EO与...

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