本发明专利技术公开了一种固态聚合物电解质薄膜、全固态锂电池以及氨基酸‑淀粉‑PEO聚合物固体电解质的制备方法，其中，所述固态聚合物电解质薄膜包括聚合物和锂盐，所述聚合物和锂盐的质量比为1‑3:1；所述聚合物为氨基酸、淀粉和PEO的共聚物，所述锂盐为LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiTFSI、LiAsF6、Li B(C2O4)2(Li BOB)、Li SO2CF3(Li Tf)的一种以上。本发明专利技术提出的固体电解质有更高的热稳定性、离子电导率，相应的电池的倍率和循环性能好。
【技术实现步骤摘要】
全固态锂电池、固态聚合物电解质薄膜及其制备方法
本专利技术涉及全固态锂电池
，尤其涉及一种全固态锂电池、固态聚合物电解质薄膜及其制备方法。
技术介绍
能源是发展国民经济和提高人民生活水平的主要物质基础，也是直接影响经济发展的一个重要因素。进入21世纪以来，传统的能源利用方式所带来的资源短缺、环境污染、温室效应等问题日益突出，改善能源结构，开发高效、清洁的新型能源已成为全球共识。锂离子电池由于其安全、环保、高比能量和良好的电化学性能等优越的性能受到了人们的青睐。但是，商业化含有液态有机溶剂的锂离子电池，由于液体电解质与电极材料、封装材料缓慢地相互作用和反应，长期服役时溶剂容易干涸、挥发、泄露，电极材料容易被腐蚀，影响电池寿命。近年来，大容量锂离子电池在电动汽车、飞机辅助电源方面出现了严重的安全事故，这些问题的起因与锂离子电池中采用可燃的有机溶剂有关。采用固体电解质，则可以避开液体电解液带来的副反应、泄露、腐蚀问题，从而有望显著延长服役寿命、并从根本上保证锂离子电池的安全性，提高能量密度、循环性、服役寿命、降低电池成本。因此，选用合适的固态电解质材料是电池设计的核心内容，开发性能优异的固体电解质对于发展全固态锂电池具有重大意义。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种全固态锂电池、固态聚合物电解质薄膜及其制备方法，旨在制备出具有高安全、高离子电导率的电解质薄膜，并将其应用在全固态锂电池中，以实现在室温下电池的正常充放电。为实现上述目的，本专利技术提供的固态聚合物电解质薄膜包括聚合物和锂盐，所述聚合物和锂盐的质量比为1-3:1；所述聚合物为氨基酸、淀粉和PEO的共聚物，所述锂盐为LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiTFSI、LiAsF6、LiB(C2O4)2(LiBOB)、LiSO2CF3(LiTf)的一种以上。优选地，所述氨基酸包括谷氨酸或精氨酸。为实现上述目的，本专利技术提供的全固态锂电池包括叠设的正极、固态电解质层和负极，所述固态电解质层为权利要求1或2所述的固态聚合物电解质薄膜。为实现上述目的，本专利技术提供的氨基酸-淀粉-PEO聚合物固体电解质的制备方法包括以下步骤：(1)合成氨基酸-淀粉聚合物在氩气手套箱中用电子天平称量淀粉和氨基酸，其中，淀粉单体和氨基酸的摩尔比为30-50:1，所述氨基酸包括谷氨酸或精氨酸；将淀粉和氨基酸置于带有通气阀门的单口烧瓶中，其中，所述单口烧瓶上接冷凝管和带有气球的三通阀门，以构成反应器；向烧瓶中加入二甲基亚砜并在氩气气氛下用磁力加热搅拌器进行搅拌；搅拌完全后，加入KH560，用磁力加热搅拌器搅拌，得到透明胶状的氨基酸-淀粉聚合物；(2)合成氨基酸-淀粉-PEO聚合物固体电解质在氩气手套箱中将氨基酸-淀粉、PEO和锂盐混合，并在室温下用磁力加热搅拌器搅拌获得均匀的溶液；将溶液浇注在模具上加热，得到氨基酸-淀粉-PEO聚合物固体电解质。优选地，所述步骤(1)中加入二甲基亚砜后，具体通过油浴，在75-95℃下以300-800rmp的转速进行搅拌10-50min。优选地，所述步骤(1)中加入KH560后，具体在75-95℃下以700-850rmp的转速连续搅拌10h以上。优选地，所述步骤(2)中的锂盐的质量为氨基酸-淀粉、PEO和锂盐总质量的25％-50％。优选地，所述步骤(2)中具体使用磁力加热搅拌器以800-1200rmp的转速搅拌10h以上。优选地，所述步骤(2)中在模具上具体在40-80℃下加热6-12h。优选地，所述氨基酸-淀粉聚合物的结构为：本专利技术技术方案带来的有益效果如下：(1)与锂离子电池常用电解液相比，本专利技术提出的氨基酸-淀粉-PEO聚合物固体电解质有更高的安全性能和热稳定性。(2)相比于纯PEO电解质，氨基酸的改性将电导率提高了近2个数量级。(3)相比于PEO和氨基酸的聚合物电解质，本专利技术提出的氨基酸-淀粉-PEO聚合物固体电解质在25-50℃温度范围内有更高的电导率。(4)使用了氨基酸-淀粉-PEO聚合物固体电解质的全固态锂电池的电池容量为传统液态磷酸铁锂电池的4倍，电池循环性好。(5)硅烷偶联剂KH-560(化学式CH2-CH(O)CH2-O(CH2)3Si(OCH3)3)，是一种优异的粘接促进剂，常应用于丙烯酸涂料的制备。在本专利技术中，使用KH560对氨基酸-淀粉进行交联，以此获得氨基酸-淀粉聚合物。并且将这种聚合物与具有特强柔韧性的PEO结合在一起，能得到新型的高柔性、高机械强度、高锂离子传导能力的聚合物固体电解质薄膜。附图说明图1是氨基酸-淀粉-PEO聚合物固体电解质的制备路线图。具体实施方式以下实施例旨在对本
技术实现思路
做进一步详细说明，而不是对本专利技术权利要求保护范围的限制。实施例1步骤(1)合成氨基酸-淀粉聚合物：于氩气手套箱中用电子天平称量。称取0.5g淀粉、0.0113g谷氨酸于带有通气阀门的单口烧瓶中。单口烧瓶上接冷凝管和带有气球的三通阀门，构成反应器，对反应器抽真空，充氩气，如此反复三次。完成后，加入10g二甲基亚砜(DMSO)溶剂于烧瓶中，以Ar保护、油浴加热20分钟，用磁力加热搅拌器在90℃加热，500rmp搅拌；30分钟完全溶解后，加入0.74gKH560使淀粉交联，用磁力加热搅拌器90℃、750rmp条件下反应并搅拌12小时。反应结束后，获得透明胶状的谷氨酸-淀粉聚合物。步骤(2)合成氨基酸-淀粉-PEO聚合物固体电解质：整个过程在氩气手套箱中进行。将氨基酸-淀粉溶液、聚氧乙烯(PEO)与40wt％锂盐(LiTFSI)混合；室温下用磁力加热搅拌器，1000rmp搅拌12小时后获得均匀的溶液，将溶液浇注于CR2025电池的正极壳中，在60℃加热10小时后，得到厚度约为0.8mm的柔性固体电解质薄膜：谷氨酸-淀粉-PEO-LiTFSI。氨基酸-淀粉-PEO聚合物固体电解质的制备路线图请参照图1。实施例2步骤(1)合成氨基酸-淀粉聚合物：于氩气手套箱中用电子天平称量。称取0.5g淀粉、0.013g精氨酸。加入三口烧瓶中，用注射器加入10gDMSO溶剂，使用磁力加热搅拌器搅拌40分钟后注入0.73gKH560使淀粉交联。90℃，800rmp条件下磁力加热搅拌器连续搅拌12小时后得到透明胶状的精氨酸-淀粉聚合物。步骤(2)合成氨基酸-淀粉-PEO聚合物固体电解质：整个过程在氩气手套箱中进行。将氨基酸-淀粉溶液、PEO与30wt％锂盐(LiBF4)混合；室温下用磁力加热搅拌器，1000rmp搅拌12小时后获得均匀的溶液，将溶液浇注于CR2025电池的正极壳中，在60℃加热10小时后，得到厚度约为0.8mm的柔性固体电解质薄膜：精氨酸-淀粉-PEO-LiBF4。实施例3步骤(1)合成氨基酸-淀粉聚合物：于氩气手套箱中用电子天平称量。称取0.4g淀粉、0.009g谷氨酸于带有通气阀门的单口烧瓶中。单口烧瓶上接冷凝管和带有气球的三通阀门，构成反应器，对反应器抽真空，充氩气，如此反复三次。完成后，加入8g二甲基亚砜(DMSO)溶剂于烧瓶中，以Ar保护、油浴加热15分钟，用磁力加热搅拌器在80℃加热，400rmp搅拌；30分钟完全溶解后，加入0.7gKH560使淀粉交联，用磁力加热搅拌器80℃、800rmp条件下反应并搅拌11小时。反应结束后本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种固态聚合物电解质薄膜，其特征在于，包括聚合物和锂盐，所述聚合物和锂盐的质量比为1‑3:1；所述聚合物为氨基酸、淀粉和PEO的共聚物，所述锂盐为LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiTFSI、LiAsF6、Li B(C2O4)2(Li BOB)、Li SO2CF3(Li Tf)的一种以上。
【技术特征摘要】
1.一种固态聚合物电解质薄膜，其特征在于，包括聚合物和锂盐，所述聚合物和锂盐的质量比为1-3:1；所述聚合物为氨基酸、淀粉和PEO的共聚物，所述锂盐为LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiTFSI、LiAsF6、LiB(C2O4)2(LiBOB)、LiSO2CF3(LiTf)的一种以上。2.根据权利要求1所述的固态聚合物电解质薄膜，其特征在于，所述氨基酸包括谷氨酸或精氨酸。3.一种全固态锂电池，其特征在于，包括叠设的正极、固态电解质层和负极，所述固态电解质层为权利要求1或2所述的固态聚合物电解质薄膜。4.一种氨基酸-淀粉-PEO聚合物固体电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)合成氨基酸-淀粉聚合物在氩气手套箱中用电子天平称量淀粉和氨基酸，其中，淀粉单体和氨基酸的摩尔比为30-50:1，所述氨基酸包括谷氨酸或精氨酸；将淀粉和氨基酸置于带有通气阀门的单口烧瓶中，其中，所述单口烧瓶上接冷凝管和带有气球的三通阀门，以构成反应器；向烧瓶中加入二甲基亚砜并在氩气气氛下用磁力加热搅拌器进行搅拌；搅拌完全后，加入KH560，用磁力加热搅拌器搅拌，得到透明胶状的氨基酸-淀粉聚合物；(2)合成氨基酸-淀粉-PEO聚合物固体电解质在氩气手套箱中将氨基酸-淀粉、PEO和锂盐混...
【专利技术属性】
技术研发人员：王镛皓，
申请(专利权)人：湖南省长沙市第一中学，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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