一种改性的聚己内酯基聚合物固态电解质及其制备方法与全固态金属锂电池技术

本发明专利技术公开了一种改性的聚己内酯基聚合物固态电解质及其制备方法与全固态金属锂电池。该固态电解质，按重量分数计，包括60

【技术实现步骤摘要】
一种改性的聚己内酯基聚合物固态电解质及其制备方法与全固态金属锂电池


[0001]本专利技术属于固态电解质领域，特别涉及一种改性的聚己内酯基聚合物固态电解质及其制备方法与全固态金属锂电池。

技术介绍

[0002]锂离子二次电池自1991年由日本索尼公司首次实现商业化生产以来，已被广泛的应用于移动电话、电动汽车、笔记本电脑照相机等领域。近年来，随着电动汽车的快速发展，储能领域对锂电池的能量密度及安全性能提出更高的要求。然而，传统的锂离子电池所广泛使用的有机液态电解液存在易燃、易挥发、易爆炸等一系列的安全性隐患限制了锂离子电池能量密度的进一步提升。全固态电池使用安全性更高的固态电解质取代传统的有机液态电解液，极大的提升了锂电池的安全性能。同时，全固态电池安全性能的提升为锂金属负极的使用提供了可能。因此，基于锂金属负极的全固态锂电池具高安全性和高能量密度，被视为最理想的下一代储能设备。
[0003]固态电解质材料作为全固态电池最为关键的材料近年来得到广泛的关注。其中，聚合物电解质具有质量轻、柔韧性好、电化学窗口宽、易加工成型等优点，成为目前使用较多的固态电解质材料。但传统的聚合物电解质一直难以突破室温电导率低的难题，难以满足实际应用需求；同时，在聚合物全固态电池中，锂枝晶的生长容易刺穿电解质膜导致电池短路、容量衰减等问题。因此，该类复合固态电解质所组装的全固态锂金属电池存在难以满足实际应用的需求。开发具有高室温离子电导率和良好的锂枝晶抑制能力的聚合物固态电解质是实现全固态锂金属电池应用亟待解决的问题。
专利技术内容
[0004]为了解决现有技术中存在的上述不足之处，本专利技术的目的在于提供一种改性的聚己内酯基聚合物固态电解质及其制备方法与全固态金属锂电池。该制备方法简单、可重复性高，制备的固态电解质具有较高离子电导率和良好正负极稳定性。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案。
[0006]一种改性的聚己内酯基聚合物固态电解质，按重量分数计，包括60
‑
80％的高分子聚合物基体、10
‑
20％的锂盐和5
‑
20％的离子液体；所述高分子聚合物基体为聚己内酯类化合物。
[0007]优选的，所述改性的聚己内酯基聚合物固态电解质，按重量分数计，包括65
‑
75％的聚己内酯基聚合物基体、11
‑
16％的锂盐和5
‑
16.6％的离子液体。
[0008]优选的，所述聚己内酯类化合物为聚己内酯、聚己内酯一元醇、聚己内酯二元醇和聚己内酯三元醇中的一种或多种。
[0009]优选的，所述聚己内酯类化合物的分子量为2
‑
8万。
[0010]优选的，所述离子液体为1
‑
正丁基
‑1‑
甲基吡咯烷二(三氟甲基磺酰)酰亚胺(BMP
‑
TFSI)、N
‑
丙基
‑
N
‑
甲基吡咯烷双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐(Py
13
TFSI)和N
‑
己基吡啶双(三氟甲烷磺酰)亚胺([Hpy]NTF2)中的一种或多种。
[0011]优选的，所述锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺(LiTFSI)、三氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)中的一种或多种。
[0012]以上所述的一种改性的聚己内酯基聚合物固态电解质采用溶液浇筑法或热压法制备。
[0013]以上所述的一种改性的聚己内酯基聚合物固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0014](1)将高分子聚合物基体、锂盐、离子液体溶解于超干有机溶剂中，搅拌混合获得均匀的溶液；
[0015](2)将步骤(1)得到的溶液涂覆到聚四氟乙烯板上，保温后挥发去除有机溶剂，得到改性的聚己内酯基聚合物固态电解质。
[0016]优选的，所述有机溶剂为乙腈、二甲基甲酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮、丙酮和四氢呋喃中的一种以上；所述保温为60℃条件下保温12小时，然后转移至真空烘箱中80℃保温6h，挥发去除有机溶剂。
[0017]以上所述的一种改性的聚己内酯基聚合物固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0018](1)将高分子聚合物基体、锂盐、离子液体混合，加热至完全熔化，搅拌混合，获得均匀的聚合物溶液；
[0019](2)将步骤(1)所得聚合物溶液浇筑到聚四氟乙烯板上，并压制成膜；待样品冷却至室温，得到改性的聚己内酯基聚合物固态电解质；
[0020]步骤(1)所述加热的温度为60
‑
80℃；步骤(2)所述压制是在5～10MPa压强下压制3～10分钟。
[0021]以上所述的一种改性的聚己内酯基聚合物固态电解质在制备全固态金属锂电池中的应用。
[0022]作为本专利技术优选的技术方案，装配的全固态金属锂电池的正极材料为以下的任意一种或任意几种的组合：LiFePO4、LiCoO2、LiMn
0.8
Fe
0.2
PO4、锂锰氧化物、聚阴离子正极材料、三元正极材、硫和金属硫化正极材料。负极材料为Li金属、Li
‑
Si合金、Li
‑
In合金中的一种或者任意几种组合。
[0023]本专利技术主要是基于聚己内酯和聚己内酯多元醇作为聚合物基体，通过引入离子液体对这类电解质进行复合改性得到复合型聚合物固态电解质膜。在这类复合聚合电解质中通过引入离子液体降低聚合物的结晶度，在固态电解质内部形成快速的锂离子传输通道，提升电解质的电导率。同时，离子液体的加入还有助于改善电极
‑
电解质的界面接触，降低界面阻抗；提升电解质与锂金属的界面稳定性和抑制枝晶的能力。本专利技术的固态电解质具有高室温离子电导率和宽电化学稳定窗口，良好的电极
‑
电解质界面稳定性和优异的锂枝晶抑制能力。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0025]1、本专利技术通过添加离子液体对聚己内酯及其多元醇聚合物进行改性，降低聚合物
的结晶度，可以有效提升固态电解质的室温离子电导率。
[0026]2、本专利技术的基于离子液体改性的聚己内酯基聚合物电解质，可以在电化学过程在电极
‑
电解质界面原位形成稳定的界面相，使其在具有较高离子电导率的情况下，还具有良好的电极
‑
电解质稳定性和锂枝晶抑制能力，基于此类复合型固态电解质组装的全固态电池循环稳定，性能优良。
[0027]3、本专利技术所用原料价格低廉而且易获得，制备工艺简单，可重复性高，适合大规模工业生产，制备出的复合型聚合物电解质在材料的服役温度区间性能稳定。因此，在动力电池和储能领域具有广泛的应用前景。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例1制得的复合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性的聚己内酯基聚合物固态电解质，其特征在于，按重量分数计，包括60
‑
80％的高分子聚合物基体、10
‑
20％的锂盐和5
‑
20％的离子液体；所述高分子聚合物基体为聚己内酯类化合物。2.根据权利要求1所述的一种改性的聚己内酯基聚合物固态电解质，其特征在于，按重量分数计，包括65
‑
75％的聚己内酯基聚合物基体、11
‑
16％的锂盐和5
‑
16.6％的离子液体。3.根据权利要求1或2所述的一种改性的聚己内酯基聚合物固态电解质，其特征在于，所述聚己内酯类化合物为聚己内酯、聚己内酯一元醇、聚己内酯二元醇和聚己内酯三元醇中的一种或多种。4.根据权利要求1或2所述的一种改性的聚己内酯基聚合物固态电解质，其特征在于，所述聚己内酯类化合物的分子量为2
‑
8万。5.根据权利要求1或2所述的一种改性的聚己内酯基聚合物固态电解质，其特征在于，所述离子液体为1
‑
正丁基
‑1‑
甲基吡咯烷二(三氟甲基磺酰)酰亚胺、N
‑
丙基
‑
N
‑
甲基吡咯烷双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐和N
‑
己基吡啶双(三氟甲烷磺酰)亚胺中的一种或多种。6.根据权利要求1或2所述的一种改性的聚己内酯基聚合物固态电...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，张德超，陈中华，朱敏，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：