腈类聚合物电解质基体材料、电解质及电池制造技术

本发明专利技术涉及腈类聚合物电解质基体材料、电解质及电池，属于固态锂电池等储能器件的聚合物电解质材料技术领域。本发明专利技术解决的技术问题是提供一种腈类聚合物电解质基体材料。该基体材料由丙烯腈

Nitrile polymer electrolyte matrix materials, electrolytes and batteries

【技术实现步骤摘要】
腈类聚合物电解质基体材料、电解质及电池


[0001]本专利技术涉及腈类聚合物电解质基体材料、电解质及电池，属于固态锂电池等储能器件的聚合物电解质材料


技术介绍

[0002]固态锂电池是新能源汽车动力电池发展的终极目标，固态锂电池应用于新能源汽车能够提高其安全性和使用寿命。固态锂电池的核心技术是以固态电解质替代液态电解质。发展固态锂电池，首要的任务是研发高性能、低成本的、应用工艺普适性广的固态电解质。
[0003]全固态电解质研发有三条技术路线，分别是硫化物、氧化物和聚合物电解质。硫化物和氧化物固态电解质具有优良的离子电导率和电性能稳定等优点，但其固态电池制造工艺与现行的锂电池制造工艺难于兼容，需另起炉灶，重新设计与建立固态电池生产工艺与生产流程，从而导致高昂的生产成本。聚合物电解质是锂盐溶于聚合物溶液中，然后采用涂膜技术挥发溶剂制得聚合物电解质膜。聚合物电解质膜与现行的锂电池制造工艺完全兼容，具有很好的工艺普适性，使用聚合物电解质制造固态电池，是一条电池易加工和低成本的生产工艺。聚合物电解质目前的分类主要有以下两类：纯固态型聚合物电解质和凝胶型聚合物电解质，纯固态型聚合物电解质具有较高的力学强度、优异的电池易加工性和安全性、长寿命等特点使其成为理想的固态电解质。但由于聚合物固态电解质室温离子电导率较低，目前还不具备商业应用价值。凝胶聚合物电解质通常都是选用溶解度参数与电解液的有机溶剂溶解度参数相近的聚合物为基体，使用浓度为1.0mol.L
‑1电解液对聚合物基体进行浸渍溶胀而获得。凝胶聚合物电解质的离子电导率随所含电解质溶液的含量增加而提高，在较高电解质溶液含量情况下，电导率可接近液体电解质的离子电导率。高电解质溶液含量的凝胶聚合物电解质虽有助于提高电池性能，但导致凝胶聚合物电解质机械强度变差，无助于改善电池的安全性能，散失了凝胶聚合物电解质改善锂电池安全性的初衷。凝胶聚合物电解质离子电导率与力学性能存在的此消彼长的矛盾是凝胶聚合物电解质发展亟待解决的重要问题。
[0004]通常聚合物电解质离子电导率与单位体积中自由离子数有关，只有在较高的单位体积自由离子浓度情况下，聚合物电解质才能达到较高的离子电导率。聚合物电解质要达到满足电池使用的电导率，有机电解液的吸收量则需为聚合物基体自身重量的300～500％，在如此高的电解液的吸收量，又由于电解液的溶剂亦是聚合物基体的良溶剂且相互相溶，在良溶剂的作用下聚合物基体内聚能降低，导致聚合物电解质的机械强度迅速下降、力学性能变差。因此，亟需解决凝胶聚合物电解质离子电导率与力学性能此消彼长的问题。
[0005]此外，现有的凝胶聚合物电解质，大都采用聚乙烯醇作为主体基材，聚乙烯醇属于强极性聚合物，它与大多数低极性的酯类溶剂无相溶性，所制备的聚合物电解质只适用于如碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯等强极性溶剂构成的电解液体系，不适用于碳酸二甲酯、碳酸二乙酯等低极性溶剂构成的电解液体系。当前锂离子电池普遍使用的是以碳酸二甲酯、碳酸
二乙酯为主溶剂的电解液体系，为了适应.现行的锂离子电池生产体系与工艺，有必要开发一种适用于碳酸二甲酯、碳酸二乙酯电解液体系的聚合物电解质材料。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决的技术问题是提供一种适用于碳酸二甲酯、碳酸二乙酯电解液体系的腈类聚合物电解质基体材料。
[0007]本专利技术腈类聚合物电解质基体材料，由丙烯腈
‑
丙烯酸共聚物、具有双键的磺酸盐有机单体和反应单体自由基聚合而成，其中，所述反应单体包括N,N
‑
二乙基氰丙烯酰胺(BCEAM)。
[0008]在本专利技术的一个实施方式中，具有双键的磺酸盐有机单体的重量为N,N
‑
二乙基氰丙烯酰胺重量的5.0～20％；反应单体的重量为丙烯腈
‑
丙烯酸共聚物重量的50～300％。
[0009]在本专利技术的一个具体实施方式中，具有双键的磺酸盐有机单体的重量为N,N
‑
二乙基氰丙烯酰胺重量的14.0～20％。
[0010]在本专利技术的一个具体实施方式中，反应单体的重量为丙烯腈
‑
丙烯酸共聚物重量的80～170％。
[0011]在一个具体的实施方式中，所述具有双键的磺酸盐有机单体包括乙烯基磺酸钠、烯丙基磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸、对苯乙烯磺酸钠中的至少一种。
[0012]在其中一个实施方式中，丙烯腈
‑
丙烯酸共聚物由丙烯腈类单体和丙烯酸类单体聚合而成，其中，所述丙烯腈类单体包括丙烯腈、甲基丙烯腈和N,N
‑
二乙基氰丙烯酰胺单体中的至少一种，丙烯酸类单体包括丙烯酸和甲基丙烯酸中的至少一种。
[0013]在本专利技术的优选的实施方式中，丙烯酸类单体与丙烯腈类单体的重量比为25～40％:60～80％。在一个具体实施方式中，丙烯酸类单体与丙烯腈类单体的重量比为30～40％:60～70％。
[0014]具体的，丙烯腈
‑
丙烯酸共聚物由以下方法制备得到：将水、丙烯酸类单体混合，调整pH至7～9，然后升温至50～70℃加入引发剂并开始滴加丙烯腈类单体进行聚合反应，聚合时间8～24hr，即得。
[0015]在一个具体的实施方式中，所述反应单体还包括丙烯酸酯类单体，且N,N
‑
二乙基氰丙烯酰胺与丙烯酸酯类单体的重量比为60～90％:10～40％。
[0016]丙烯酸酯类单体可以采用本领域常用的。本专利技术在一个具体的实施方式中，所述丙烯酸酯类单体化学通式为CH2＝CR1COOR2中的至少一种，其中R1为
‑
H或
‑
CH3，R2为
‑
(CH2)
n
CH3，n为0～12中的整数。
[0017]本专利技术还提供一种腈类聚合物电解质。
[0018]本专利技术腈类聚合物电解质，包括聚合物基体和电解质盐，所述聚合物基体为本专利技术所述的腈类聚合物电解质基体材料。
[0019]所述电解质盐可以为本专利技术常用的电解质盐，比如锂盐。在本专利技术的一个具体实施方式中，所述电解质盐为LiTFSI(双三氟甲基磺酸亚酰胺锂)、LIFSI(双氟磺酸亚酰胺锂)、LiPF6(六氟磷酸锂)、LiBF4(四氟硼酸锂)、LiBOB(二草酸硼酸锂)、LiDFOB(草酸二氟硼酸锂)、LiPF2O2(二氟磷酸锂)等。
[0020]本专利技术所述腈类聚合物电解质采用常规方法制备。在本专利技术的一个实施例中，将凝胶聚合物电解质基体材料浇注成膜，然后浸入电解液中，经电解液70℃浸泡24hr后，即得。所述电解液为本领域常规电解液，包括但不限于以碳酸二甲酯或碳酸二乙酯体系的电解液。
[0021]本专利技术还提供一种凝胶聚合物电池。
[0022]本专利技术凝胶聚合物电池，包括正极、负极和电解质，所述电解质为本专利技术所述的凝胶聚合物电解质。
[0023]其中，所述凝胶聚合物电池可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.腈类聚合物电解质基体材料，其特征在于：由丙烯腈
‑
丙烯酸共聚物、具有双键的磺酸盐有机单体和反应单体自由基聚合而成，其中，所述反应单体包括N,N
‑
二乙基氰丙烯酰胺。2.根据权利要求1所述的腈类聚合物电解质基体材料，其特征在于：具有双键的磺酸盐有机单体的重量为N,N
‑
二乙基氰丙烯酰胺重量的5.0～20％；反应单体的重量为丙烯腈
‑
丙烯酸共聚物重量的50～300％；优选有双键的磺酸盐有机单体的重量为N,N
‑
二乙基氰丙烯酰胺重量的14.0～20％；反应单体的重量为丙烯腈
‑
丙烯酸共聚物重量的80～170％。3.根据权利要求1所述的腈类聚合物电解质基体材料，其特征在于：所述具有双键的磺酸盐有机单体包括乙烯基磺酸钠、烯丙基磺酸钠、甲基丙烯磺酸钠、2
‑
丙烯酰胺
‑2‑
甲基丙磺酸、对苯乙烯磺酸钠中的至少一种。4.根据权利要求1所述的腈类聚合物电解质基体材料，其特征在于：丙烯腈
‑
丙烯酸共聚物由丙烯腈类单体和丙烯酸类单体聚合而成，其中，所述丙烯腈类单体包括丙烯腈、甲基丙烯腈和N,N
‑
二乙基氰丙烯酰胺单体中的至少一种，丙烯酸类单体包括丙烯酸和甲基丙烯酸中的至少一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘潇，韩宇，罗容，李扬波，邓正华，
申请(专利权)人：成都翊昂科技有限公司，
类型：发明
国别省市：