一种固态聚合物电解质及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，特别涉及一种固态聚合物电解质及其制备方法。本发明专利技术提供了一种固态聚合物电解质的制备方法，包括如下步骤：将锂盐、聚环氧乙烷、辅助试剂和乙腈进行第一混合，得到原料预混液；将所述原料预混液和光引发剂进行第二混合后静置，得到前驱体溶液；将前驱体溶液浇注于平板上，进行光辐照发生自由基交联反应，然后进行干燥。在本发明专利技术中，聚环氧乙烷、辅助试剂和光引发剂在光辐照的条件下发生了自由基交联反应，形成了3D的空间网络结构的电解质，降低了聚环氧乙烷的结晶度，增加了聚环氧乙烷的无定性区域，加快了锂离子的传输，提高了电解质的室温电导率。

【技术实现步骤摘要】
一种固态聚合物电解质及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池
，特别涉及一种固态聚合物电解质及其制备方法。
技术介绍
随着新能源汽车行业的快速发展，生产出具有高能量密度、高安全的动力电池已成为该领域不懈的追求目标。锂金属因其具有低还原电位(相对于标准氢电极为-3.040V)和较高的理论比容量(3860mAhg-1)，用作动力电池负极材料可极大提高电池的能量密度，成为了人们关注的焦点。目前商业化的锂离子电池一般采用有机电解液体系，当选择锂金属作为负极时，锂负极极易在充放电循环中与有机电解液发生副反应形成枝晶，刺穿隔膜造成电池短路，引发热失控从而引起一系列安全问题。因此金属锂负极一直未能应用于传统的锂离子电池中，致使电池的能量密度提升空间受限。用固态电解质代替液态电解质是提升电池安全性能及能量密度的一种极其有效的策略。与传统液态锂离子电池相比，固态锂离子电池的优点明显:(1)固态电解质可与具有高比能量的金属锂负极相匹配，解决液态锂离子电池中的锂枝晶问题，提高电池安全性的同时提升电池的能量密度，增加新能源汽车的续航里程；(2)固态电解质可在较宽的温度范围内表现出更高的能量密度；(3)可以在很大程度上降低电解质与电极的反应活性；(4)机械强度高，易加工成型。然而，固态电解质存在着室温下离子电导率低，界面阻抗大等问题。目前已有的固态电解质如纯聚环氧乙烷固态电解质、聚丙烯腈固态电解质、聚偏氟乙烯固态电解质、聚甲基丙烯酸甲酯固体电解质在高温下运行效果良好，但从动力电池开发与应用角度出发，更希望固态电池可以室温下运行，因此首要解决的的技术问题是提高固态电解质的室温离子电导率。另外，极大的界面阻抗使得锂离子在固态电池中的迁移较慢，进而会导致电池的大电流放电能力较差，影响电池的倍率性能。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种固态聚合物电解质的制备方法，按照本专利技术制备方法获得的固态聚合物电解质在室温下具有高的离子电导率，且形成的电解质与锂负极的相容性良好，组装成的电池在大倍率下库伦效率高，循环性能好。本专利技术提供了一种固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将锂盐、聚环氧乙烷、辅助试剂和乙腈进行第一混合，得到原料预混液；所述辅助试剂包括刚性交联剂和/或柔性交联剂；2)将所述原料预混液和光引发剂进行第二混合后静置，得到前驱体溶液；3)将前驱体溶液浇注于平板上，依次进行光辐照和干燥，得到固态聚合物电解质。优选的，所述锂盐与制备聚环氧乙烷的环氧乙烷单体的摩尔比为1：(15～30)；所述聚环氧乙烷的平均分子量为400～5000000。优选的，所述光引发剂的质量为聚环氧乙烷和辅助试剂总质量的1～10％；所述辅助试剂与聚环氧乙烷的质量比为1～8:2.5。优选的，所述锂盐包括六氟磷酸锂、高氯酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、二乙二酸硼酸锂和二氟草酸硼酸锂中的一种或多种。优选的，所述刚性交联剂为式I所示化合物和式II所示化合物中的至少一种：其中R为CH、N或B；R1为-CH3、-OH或-SH；n和m独立地为1～50的整数。优选的，所述刚性交联剂为式I-1、式I-2、式II-1、式II-2和II-3所示化合物中的至少一种：优选的，所述柔性交联剂为式III所示化合物中的至少一种：其中p为1～50的整数。优选的，所述柔性交联剂为乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚和四乙二醇二甲醚中的一种或多种。优选的，步骤3)中所述光辐照的光源为紫外光，所述紫外光的波长为200～380nm，所述光辐照的时间为1～30min，所述光辐照的光强度为50～200mW/cm2。本专利技术还提供了上述技术方案所述的制备方法得到的固态聚合物电解质。本专利技术提供了一种固态聚合物电解质的制备方法，包括如下步骤：将锂盐、聚环氧乙烷、辅助试剂和乙腈进行第一混合，得到原料预混液；所述辅助试剂包括刚性交联剂和/或柔性交联剂；将所述原料预混液和光引发剂进行第二混合后静置，得到前驱体溶液；将前驱体溶液浇注于平板上，依次进行光辐照和干燥，得到固态聚合物电解质。在本专利技术中，聚环氧乙烷、辅助试剂和光引发剂在光辐照的条件下发生了自由基交联反应，形成了3D空间网络结构的电解质，降低了聚环氧乙烷的结晶度，增加了聚环氧乙烷的无定型区域，加快了锂离子的传输，提高了电解质的室温电导率，且形成的电解质与锂金属负极的相容性良好，降低了界面的阻抗，从而提高了电池的循环性能和倍率性能。由本专利技术提供的固态聚合物电解质制备得到的电池，室温离子电导率达1.2×10-4S/cm；使用本专利技术提供的室温固态聚合物电解质，组装的磷酸亚铁锂/锂电池，在0.1C倍率下，比容量可达153mAh/g，循环100圈后容量保持率在90％以上。附图说明图1为实施例1获得固态聚合物电解质实物图；图2为实施例1获得固态聚合物电解质测试弯曲性能结果图；图3为实施例1获得固态聚合物电解质和纯聚环氧乙烷电解质的XRD的对比图；图4为实施例1获得固态聚合物电解质的EIS图；图5为实施例1获得固态聚合物电解质SEM图；图6为由实施例1获得固态聚合物电解质组装获得的扣式电池室温循环测试结果图。具体实施方式本专利技术提供了一种固态聚合物电解质的制备方法，包括如下步骤：1)将锂盐、聚环氧乙烷、辅助试剂和乙腈进行第一混合，得到原料预混液；所述辅助试剂包括刚性交联剂和/或柔性交联剂；2)将所述原料预混液和光引发剂进行第二混合后静置，得到前驱体溶液；3)将前驱体溶液浇注于平板上，依次进行光辐照和干燥，得到固态聚合物电解质。本专利技术将锂盐、聚环氧乙烷、辅助试剂和乙腈进行第一混合，得到原料预混液。在本专利技术中，所述聚环氧乙烷作为固态聚合物电解质的主体材料，其平均分子量优选为400～5000000，更优选为1000～2000000，最优选为100000。在本专利技术中，所述锂盐与制备聚环氧乙烷的环氧乙烷单体的摩尔比为1:(15～30)，优选为1:(15～20)。在本专利技术中，所述锂盐优选包括六氟磷酸锂、高氯酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、二乙二酸硼酸锂和二氟草酸硼酸锂中的一种或多种，更优选包括六氟磷酸锂、高氯酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂和双氟磺酰亚胺锂中的一种或多种，更进一步优选包括六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂和双氟磺酰亚胺锂中的一种或多种，最优选为双三氟甲烷磺酰亚胺锂。在本专利技术中，所述辅助试剂的质量与聚环氧乙烷的质量比为1～8:2.5，所述辅助试剂包括刚性交联剂和/或柔性交联剂。在本专利技术中，当所述辅助试剂包括刚性交联剂和柔性交联剂时，所述刚性交联剂和柔性交联剂的质量比优选为0.1～2:1更优选为1:1，所述刚性交联剂优选为式I所示化合物和式II所示化合物中的至少一种。本专利技术对所述刚性交联剂的来源无特殊要求采用市售产品即可。其中R为CH、N或B；R1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)将锂盐、聚环氧乙烷、辅助试剂和乙腈进行第一混合，得到原料预混液；所述辅助试剂包括刚性交联剂和/或柔性交联剂；/n2)将所述原料预混液和光引发剂进行第二混合后静置，得到前驱体溶液；/n3)将前驱体溶液浇注于平板上，依次进行光辐照和干燥，得到固态聚合物电解质。/n

【技术特征摘要】
1.一种固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将锂盐、聚环氧乙烷、辅助试剂和乙腈进行第一混合，得到原料预混液；所述辅助试剂包括刚性交联剂和/或柔性交联剂；
2)将所述原料预混液和光引发剂进行第二混合后静置，得到前驱体溶液；
3)将前驱体溶液浇注于平板上，依次进行光辐照和干燥，得到固态聚合物电解质。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锂盐与制备聚环氧乙烷的环氧乙烷单体的摩尔比为1：(15～30)；所述聚环氧乙烷的平均分子量为400～5000000。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光引发剂的质量为聚环氧乙烷和辅助试剂总质量的1～10％；所述辅助试剂与聚环氧乙烷的质量比为1～8:2.5。


4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂、高氯酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、二乙二酸硼酸锂和二氟草酸硼酸锂中的一种或多种。


5.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述刚性...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢海明，孙立群，付芳，丛丽娜，
申请(专利权)人：东北师范大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22