一种具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质的制备方法技术

技术编号:23403076 阅读:19 留言:0更新日期:2020-02-22 15:03
本发明专利技术公开了一种具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质的制备方法。本发明专利技术通过携带大量锂盐的可聚合的环氧单体,并利用环氧单体以及与聚合物基体(聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯全氟丙烯或聚氧化乙烯)的原位聚合,降低了固态电解质的结晶度和玻璃转变温度,提高分子链的运动能力,提高了锂离子在固态电解质中的传输效率。本发明专利技术所制备的聚合物基固态电解质拥有超高的锂盐负载量和超低的玻璃转变温度和优异的离子电导率,轻薄且具有良好的柔韧性。在装配成锂离子电池后,全固态锂离子电池的工作温度下降到50℃。

Preparation of polymer based solid electrolyte with high ionic conductivity at room temperature

【技术实现步骤摘要】
一种具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质的制备方法
本专利技术涉及锂离子固态电解质
,更具体地,涉及一种具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质的制备方法。
技术介绍
锂离子电池目前有液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLB)两类,液态锂离子电池使用液体电解质,聚合物锂离子电池则以固体聚合物电解质来代替,这种聚合物锂离子电池具有安全性能好、重量轻、容量大和内阻小等特点。现有的聚合物基固态电解质多采用以聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氧化乙烯(PEO)以及聚氨酯(PU)作为基体与锂盐共混而后经过涂覆成膜,依靠电解质活性物质与聚合物形成相互作用力使锂盐在聚合物中均匀地分散,利用聚合物分子链的运动实现锂离子的传输。但是,由于这类聚合物玻璃化转变温度高,常温下分子链运动困难,此外聚合物结晶度高使得锂盐在聚合物中的持有量不高导致这类聚合物基固态电解质室温下离子电导率低下,同样致使固态电池室温电性能低下,不利于实际应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有的固态电解质离子电导率低下不足,提供一种具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质的制备方法。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现:一种具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质的制备方法,制备步骤包括:S1.配置基体溶液:将聚合物基体溶于良溶剂中,配置一定浓度的基体溶液。S2.配置功能单体溶液:取一定量的二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)溶于功能单体中形成LiTFSI/功能单体溶液;另取一定量的三(三氟磺酸)铝((CF3SO3)3Al)溶于功能单体形成(CF3SO3)3Al/功能单体溶液。S3.配置前驱液:将S2中所述LiTFSI/功能单体溶液和(CF3SO3)3Al/功能单体溶液按一定比例混合均匀,形成混合液,然后将混合液加入到S1所述的聚合物基体溶液中搅拌均匀制成前驱液。S4.制备固态电解质膜:将S3中所述前驱液涂在锂片上,然后将涂有前驱液的锂片干燥,得到具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质膜。进一步地,S1所述聚合物基体为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯全氟丙烯(PVDF-HFP)或聚氧化乙烯(PEO)中的一种或多种。进一步地,S1所述良溶剂为丙酮、N,N-二甲基甲酰胺或去离子水。优选地,聚合物为聚氧化乙烯(PEO)时,良溶剂采用去离子水。聚合物基体为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯全氟丙烯(PVDF-HFP)时,良溶剂采用丙酮。进一步地,S1所述基体溶液浓度为10~50wt.%。优选地,S1所述基体溶液浓度为...wt.%。进一步地,S2所述功能单体为1,3-二氧五环(DOL)、缩水甘油、环氧丙烷的一种或多种。进一步地,S3所述混合液中LiTFSI所占的摩尔浓度为0.5~5mol/L,(CF3SO3)3Al所占的摩尔浓度为0.5~3mmol/L。优选地,S3所述混合液中LiTFSI所占的摩尔浓度为2.0mol/L,(CF3SO3)3Al所占的摩尔浓度为2.0mmol/L。进一步地,S3中所述搅拌时间为3~12h,使其各成分均匀分散、反应。优选地,S3中所述搅拌时间为8h。进一步地,S3所述混合液与聚合物基体溶液的体积比为1:0.05~2。本专利技术在聚合物基体中加入携带锂盐的可聚合环氧树脂,可以降低聚合物基固态电解质的结晶度和玻璃化转变温度,提高锂离子在固态电解质中的传输效率。优选地,S3所述混合液与聚合物基体溶液的体积比为1:1。进一步地,S4所述前驱液采用旋涂的方法涂在锂片上,所述旋涂的转速为1800~2300r/min,旋涂的厚度为10~100μm。进一步地,S4所述干燥的温度为40~50℃,干燥时间为1~5h。优选地,S4所述干燥的温度为45℃,干燥时间为3h。进一步地,S1~S4的操作环境中的惰性气体水氧指数小于1ppm。与现有技术相比,有益效果是:本专利技术创造性的在固体电解质的基体中加入携带大量锂盐的可聚合的环氧单体,通过环氧单体聚合,以及与聚合物基体(聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯全氟丙烯(PVDF-HFP)或聚氧化乙烯(PEO))的均匀分散,使固体电解质具有极低的结晶度和玻璃转变温度,有利于提高分子链的运动能力,提高了锂离子在固态电解质中的传输效率。与此同时,聚合物基体为聚环氧树脂提供了机械强度的保障。本专利技术所制备的聚合物基固态电解质拥有超高的锂盐负载量和超低的玻璃转变温度和优异的离子电导率,轻薄且具有良好的柔韧性,装配成锂离子电池后,全固态锂离子电池的工作温度下降到50℃。具体实施方式下面结合实施例进一步解释和阐明,但具体实施例并不对本专利技术有任何形式的限定。若未特别指明,实施例中所用的方法和设备为本领常规方法和设备,所用原料均为常规市售原料。实施例1本实施例提供一种具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质的制备方法,制备步骤包括:S1.配置基体溶液:将聚偏氟乙烯(PVDF)溶于丙酮中,配置成10wt.%的聚偏氟乙烯(PVDF)溶液。S2.配置功能单体溶液:取一定量的二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)溶于1,3-二氧五环(DOL)单体中,配置LiTFSI/1,3-二氧五环(DOL)溶液,另取三(三氟磺酸)铝((CF3SO3)3Al)溶于1,3-二氧五环(DOL)单体中,配置(CF3SO3)3Al/1,3-二氧五环(DOL)溶液。S3.配置前驱液:将S2中所述LiTFSI/1,3-二氧五环(DOL)溶液和(CF3SO3)3Al/1,3-二氧五环(DOL)溶液混合均匀,形成混合液,溶液中LiTFSI所占的摩尔浓度为0.5mol/L,(CF3SO3)3Al所占的摩尔浓度为0.5mmol/L,然后将混合液加入到S1所述的聚合物基体溶液中搅拌均匀制成前驱液,其中混合液与聚合物基体溶液的体积比为1:0.05。S4.制备固态电解质膜:将S3中所述前驱液利用旋涂机在2000r/min的转速下在锂片上旋涂10μm前躯液,然后将涂有前驱液的锂片在50℃下保温1h,得到具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质膜。所述操作均在惰性气体气氛中进行。实施例2本实施例提供一种具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质的制备方法,制备步骤包括:S1.配置基体溶液:将聚偏氟乙烯全氟丙烯(PVDF-HFP)溶于N,N-二甲基甲酰胺中,配置成10wt.%的聚偏氟乙烯(PVDF)溶液。S2.配置功能单体溶液:取一定量的二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)溶于1,3-二氧五环(DOL)单体中,配置LiTFSI/1,3-二氧五环(DOL)溶液,另取三(三氟磺酸)铝((CF3SO3)3Al)溶于1,3-二氧五环(DOL)单体中,配置(CF3SO3)3Al/1,3-二氧五环(DOL)溶液。S3.配置前驱液:将S2中所述LiTFSI/1,3-二氧五环(DOL)溶液和(CF3SO3)3A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质的制备方法,其特征在于,制备步骤包括:/nS1.配置基体溶液:将聚合物基体溶于良溶剂中,配置一定浓度的聚合物基体溶液;/nS2.配置功能单体溶液:取一定量的二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)溶于功能单体中形成LiTFSI/功能单体溶液;另取一定量的三(三氟磺酸)铝((CF

【技术特征摘要】
1.一种具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质的制备方法,其特征在于,制备步骤包括:
S1.配置基体溶液:将聚合物基体溶于良溶剂中,配置一定浓度的聚合物基体溶液;
S2.配置功能单体溶液:取一定量的二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)溶于功能单体中形成LiTFSI/功能单体溶液;另取一定量的三(三氟磺酸)铝((CF3SO3)3Al)溶于功能单体形成(CF3SO3)3Al/功能单体溶液;
S3.配置前驱液:将S2中所述LiTFSI/功能单体溶液和(CF3SO3)3Al/功能单体溶液按一定比例混合均匀,形成混合液,然后将混合液加入到步骤(1)所述的聚合物基体溶液中搅拌均匀制成前驱液;
S4.制备固态电解质膜:将S3中所述前驱液涂在锂片上,然后将涂有前驱液的锂片干燥,得到具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质膜;
其中,S1~S4步骤操作均在惰性气体环境中进行。


2.根据权利要求1所述具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质,其特征在于,S1所述聚合物基体为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯全氟丙烯(PVDF-HFP)或聚氧化乙烯(PEO)中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质,其特征在于,S1所述良溶剂为丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、去离子水的一种或多种;S1所述基体的质量浓度为10~50wt.%。


4.根据权利要求1所述具有室温高离子电导率的聚合物基固...

【专利技术属性】
技术研发人员:廖海洋周枫林张余龙胡晓靖
申请(专利权)人:湖南工业大学
类型:发明
国别省市:湖南;43

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