一种电解质材料及其制备方法、固体电解质及电池技术

本发明专利技术公开一种电解质材料及其制备方法、固体电解质及电池，涉及电池技术领域，以在保证电池性能的前提下，提高电池的安全性能。该电解质材料包括作为基体材料的第一聚合物以及分散在基体材料中的第二聚合物和金属离子盐，所述第一聚合物与所述第二聚合物至少部分相容，所述第一聚合物的分子量大于所述第二聚合物的分子量。本发明专利技术提供的电解质材料及其制备方法、固体电解质及电池用于固体电池中。

【技术实现步骤摘要】
一种电解质材料及其制备方法、固体电解质及电池
本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种电解质材料及其制备方法、固体电解质及电池。
技术介绍
锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。其具有较高的能量密度、良好的循环性能、无记忆效应等特点，成为近几年来研究者们关注的焦点。然而，由于锂资源匮乏导致锂离子电池成本一直居高不下，且有抬头的趋势。为了降低锂离子电池的制作成本，人们开始研究开发以钠、镁、铝等低成本元素的二次电池，尤其是铝离子电池储量高、得失电子数多、成本低等优势成为替代锂离子电池的新型电池，但是，这些电池通常使用易燃易爆的有机碳酸酯类电解液作为有机电解质溶液，使得电池有可能出现有机电解质溶液泄漏，甚至因此而导致爆炸并引起火灾，因此，如何提高电池的安全性称为目前亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电解质材料及其制备方法、固体电解质及电池，以在保证电池性能的前提下，提高电池的安全性能。为了实现上述目的，本专利技术提供一种电解质材料，该电解质材料包括作为基体材料的第一聚合物以及分散在所述基体材料中的第二聚合物和金属离子盐，所述第一聚合物与所述第二聚合物至少部分相容，所述第一聚合物的分子量大于所述第二聚合物的分子量。与现有技术相比，本专利技术提供的电解质材料不仅包括用于制成基体的第一聚合物，还包括与第一聚合物混合在一起的第二聚合物和金属离子盐，其中，第一聚合物与第二聚合物部分相容或完全相容，故第一聚合物与第二聚合物的可相互容纳形成分散度和均一性较为良好的混合体系，同时，由于第二聚合物的分子量比第一聚合物的分子量低，故第一聚合物与第二聚合物相容后，第一聚合物所形成的基体的内部结构的规整性下降，从而有效的降低第一聚合物所形成的基体的结晶度，使得基体的非晶区范围增大。而离子传导的过程主要在基体的非晶区进行，因此，本专利技术提供的电解质材料所制作的固体电解质在电流的作用下，金属离子在电解质材料中的动力学扩散能力大幅增加，提高金属离子在基体中传输。另外，由于第二聚合物可控制第一聚合物的结晶度，使得制作固体电解质材料时，第二聚合物可以作为增塑剂使得电解质材料固化成的固体电解质具有较好的弹性和韧性。同时，由于第二聚合物上存在具有一定电负性的原子，电解质材料所制作的固体电解质在没有电流通过时，第二聚合物上的电负性原子与金属离子相互作用，可有效的保证金属离子的稳定性，这使得在电场作用下，与第二聚合物上的电负性原子相互作用的金属离子可从第二聚合物上的电负性原子处脱离，然后迁移到另一个第二聚合物上的电负性原子上，或者迁移到第一聚合物上的电负性原子上，如此往复使得金属离子在电场的作用下完成迁移，因此，相对于现有技术，本专利技术提供的电解质材料的金属离子动力学扩散能力大幅增加，可满足固体电解质的导电需要。由上可知，本专利技术提供的电解质材料中所含有的金属离子可快速的通过基体传导，从而有效提高固体电解质的电导率，这使得电解质材料所制作的固体电解质可应用于电池，以保证电池具有良好的性能的前提下，不会出现电解质漏液甚至爆炸的危险。本专利技术还提供了一种上述电解质材料的制备方法，其特征在于，包括：将金属离子盐、第一聚合物和第二聚合物在有机溶剂中混合均匀，获得混合溶液；将所述混合溶液所含有的所述有机溶剂去除，获得电解质材料。与现有技术相比，本专利技术提供的电解质材料的制备方法的有益效果与上述技术方案所提供的电解质材料的有益效果相同，在此不做赘述。本专利技术还提供了一种固体电解质，该固体电解质包括上述电解质材料。与现有技术相比，本专利技术提供的固体电解质的有益效果与上述技术方案所提供的电解质材料的有益效果相同，在此不做赘述。本专利技术还提供了一种电池，该电池包括上述固体电解质。与现有技术相比，本专利技术提供的电池的有益效果与上述技术方案所述的固体电解质的有益效果相同，在此不做赘述。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例提供的电解质材料的制备方法的流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。现有钠、钾、铝等离子电池作为一类低成本的电池，受到的关注日益增加。例如：钠离子电池包括使钠离子嵌入/脱出的阳极和阴极，物理防止内部短路的隔板以及通过其转移钠离子的有机液体电解质，或者是起到二者共同作用的固态电解质。钠离子电池具有原料丰富易得、成本低廉、分布广泛等价格优势。此外，电池体系中钠不会与铝发生电化学合金化反应，所以钠离子电池可以采用铝箔作为负极集流体，可以有效避免过放电引起的集流体氧化问题，既有利于电池的安全，又达到了进一步降低电池成本的目的。从诸多角度来说，钠离子电池具有商业化和可持续利用的巨大潜力。因此，需要开发用于钠、钾、铝等离子电池的固态有机聚合物电解质，提供低成本和高稳定性的固态离子电池，尤其是开发一种制备固态有机聚合物电解质的方法，以提高其电导率，提高电池的整体性能。本专利技术实施例提供的电解质材料该电解质材料包括作为基体材料的第一聚合物以及分散在基体材料中的第二聚合物和金属离子盐，第一聚合物与第二聚合物至少部分相容，第一聚合物的分子量大于第二聚合物的分子量。制备电解质材料时，可将第一聚合物、第二聚合物和金属离子盐在有机溶剂混合，使得第一聚合物、第二聚合物和金属离子盐之间相互接触面积增大，从而促进第二聚合物与第一聚合物相容以及第二聚合物与金属离子间的相互作用，以提高金属离子的传输和稳定性，同时，使得第一聚合物所形成的基体的内部结构的规整性下降，从而有效降低第一聚合物所形成的基体的结晶度。本专利技术提供的电解质材料不仅包括用于制成基体的第一聚合物，还包括与第一聚合物混合在一起的第二聚合物和金属离子盐，其中，第一聚合物与第二聚合物部分相容或完全相容，故第一聚合物与第二聚合物的可相互容纳形成分散度和均一性较为良好的混合体系，同时，由于第二聚合物的分子量比第一聚合物的分子量低，故第一聚合物与第二聚合物相容后，第一聚合物所形成的基体的内部结构的规整性下降，从而有效的降低第一聚合物所形成的基体的结晶度，使得基体的非晶区范围增大。而离子传导的过程主要在基体的非晶区进行，因此，本专利技术提供的电解质材料所制作的固体电解质在电流的作用下，金属离子在电解质材料中的动力学扩散能力大幅增加，提高金属离子在基体中传输。另外，由于第二聚合物可控制第一聚合物的结晶度，使得制作固体电解质材料时，第二聚合物可以作为增塑剂使得电解质材料固化成的固体电解质具有较好的弹性和韧性。同时，由于第二聚合物上存在具有一定电负性的原子，电解质材料所制作的固体电解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解质材料，其特征在于，包括作为基体材料的第一聚合物以及分散在所述基体材料中的第二聚合物和金属离子盐，所述第一聚合物与所述第二聚合物至少部分相容，所述第一聚合物的分子量大于所述第二聚合物的分子量。/n

【技术特征摘要】
1.一种电解质材料，其特征在于，包括作为基体材料的第一聚合物以及分散在所述基体材料中的第二聚合物和金属离子盐，所述第一聚合物与所述第二聚合物至少部分相容，所述第一聚合物的分子量大于所述第二聚合物的分子量。


2.根据权利要求1所述的电解质材料，其特征在于，
所述第一聚合物的分子量为5×105g/mol～1×106g/mol；
和/或，
所述第二聚合物的分子量为400g/mol～20000g/mol；
和/或，
所述金属离子盐为碱金属离子盐、镁离子盐或铝离子盐。


3.根据权利要求1所述的电解质材料，其特征在于，所述第一聚合物和所述第二聚合物均为可塑化聚合物。


4.根据权利要求1～3任一项所述的电解质材料，其特征在于，所述第一聚合物包括聚乙二醇、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚偏二氟乙烯-co-六氟丙烯中的一种或多种任意比例混合而成；
和/或，所述第二聚合物包括聚乙二醇、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚偏二氟乙烯-co-六氟丙烯中的一种或多种任意比例混合而成。


5.根据权利要求1～3任一项所述的电解质材料，其特征在于，所述第一聚合物与所述第二聚合物的...

【专利技术属性】
技术研发人员：康树森，魏彦存，李营，刘岩，范少聪，孟垂舟，
申请(专利权)人：新奥科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13