一种纤维布基聚合物电解质及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种纤维布基聚合物电解质及其制备方法和应用。本发明专利技术将COPET/PP海岛型纤维布，用碱溶液去除海组分COPET，得到超细旦丙纶纤维布作为支撑层，同时通过HClSO3催化剂先引发对二氧环己酮单体初步聚合，再加入锂盐制备电解质前驱体；将该电解质前驱体浸润到超细旦丙纶纤维布基中进一步聚合反应，生成聚对二氧环己酮，使聚合物电解质能够很好的承载于纤维布基上，制备得到纤维布基聚合物电解质。本发明专利技术的纤维布基聚合物电解质，室温离子电导率高，电化学稳定窗口宽，且能够有效抑制锂枝晶的生长，提高高倍率（0.5

【技术实现步骤摘要】
一种纤维布基聚合物电解质及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种纤维布基聚合物电解质及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近几十年来，随着化石燃料的持续消耗、环境污染和温室效应的加剧，高效储能和转换系统得到了迅速发展，而液态锂电池因其高能量密度和成熟的加工技术而被认为是最具潜力的储能系统之一，然而，由于使用了大量的液体电解质，这些液态锂电池容易受到严重的热影响，存在一定的安全隐患。有研究表明，不存在大量液体溶剂的固体聚合物电解质（SPE）或无机固体电解质（ISE）可以显著改善锂电池的安全特性。尽管一些离子交换电极在室温下表现出较高的离子导电性，但其固有的脆弱性和极差的电极/电解液接触极大地阻碍了其实际应用。
[0003]目前，人们致力于柔性SPE的研究，例如具有顺序极性基团的环氧乙烷（PEO）、聚碳酸丙烯酯（PPC）和聚碳酸乙烯酯（PEC），仍然存在固态锂电池中电极/电解液界面接触不良的问题。为了在SPE和电极之间获得紧密的界面接触，现有技术通过采用在中高温下加热组装好的固态锂电池，但聚合过程中使用的大多数引发剂都会引起一些不希望发生的寄生反应，导致不良的固体电解质界面（SEI）层的形成，从而恶化固体电解质的循环性能。可见，目前还没有能很好的满足固态锂离子电池的使用需求的固体电解质。因此，需要开发新型的固体聚合物电解质，能够解决电极/电解液界面接触不良问题，在室温下有较高的离子电导率，同时又不影响固体电解质的循环性能，这对于固态锂离子电池的发展具有重要意义。
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技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种纤维布基聚合物电解质，的制备方法，工艺简单，通过本专利技术方法制得的纤维布基聚合物电解质，室温离子电导率高，电化学稳定窗口宽，且能够有效抑制锂枝晶的生长，提高高倍率（0.5~10C）循环稳定性，特别适用于固态锂离子电池。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种纤维布基聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：S1. 超细旦丙纶纤维布基的制备：将以聚丙烯为岛组分、以聚对苯二甲酸乙二醇酯为海组分的COPET/PP海岛型纤维布用碱溶液浸泡除去其中的海组分COPET，烘干，制得超细旦丙纶纤维布基；S2. 电解质前驱体的制备：在惰性气氛条件下，将对二氧环己酮单体和HCLSO3催化剂溶液加入聚合反应容器中，搅拌均匀并加热至40
‑
80℃恒温反应1
‑
4h后得到初步聚合产物，将初步聚合产物和锂盐混合搅拌均匀，得到电解质前驱体；S3. 纤维布基聚合物电解质的制备：将步骤S2制得的电解质前驱体涂布于步骤S1制得的超细旦丙纶纤维布基上，使电解质前驱体浸润到纤维布基中，加热至40
‑
150℃，进一
步聚合反应至电解质完全聚合成固体，制得纤维布基聚合物电解质。
[0006]本专利技术以超细旦丙纶纤维布基为支撑层，通过HClSO3催化剂先引发对二氧环己酮（PDO）单体初步聚合，再加入锂盐制备电解质前驱体；将该电解质前驱体浸润到超细旦丙纶纤维布基中进一步聚合反应，使聚合物聚对二氧环己酮（PPDO）与纤维布基紧密接触，能够很好的承载于纤维布基上，从而得到室温离子电导率高、电化学稳定窗口宽的固体聚合物电解质。
[0007]本专利技术所述的COPET/PP海岛型纤维布，是由海岛型超细旦纤维经纬交叉编织而成。所述的海岛型超细旦纤维是将聚丙烯（PP）分散于聚对苯二甲酸乙二醇酯（COPET）中的复合纤维，从纤维的横截面看是PP以细微而分散的状态被COPET包围着，即PP呈“岛”状态，COPET呈“海”状态，其岛组分和海组分在纤维轴向上是连续、密集、均匀分布的，若用溶剂把海组分去除，则可以得到集束状的超细旦丙纶纤维束。
[0008]聚对苯二甲酸乙二醇酯为碱溶性聚酯，本专利技术采用碱溶液去除纤维布中的海组分COPET。优选的，步骤S1中采用80
‑
100℃碱溶液浸泡COPET/PP海岛型纤维布10
‑
30min；所述碱溶液选自氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液中的任意一种；所述碱溶液浓度为15
‑
30g/L。
[0009]通过去除COPET/PP海岛型纤维布中的海组分结构后，留下岛组分超细旦丙纶纤维布，纤维之间存有一定的空隙，使纤维布具有分散多孔结构，从而能够在纤维表面和空隙内承载聚合物电解质，增加其贴合性。海组分的占比不同会影响最终超细旦丙纶纤维布基的纤维间空隙大小和分布，从而影响对聚合物电解质的承载效果，优选的，本专利技术所述的COPET/PP海岛型纤维布中的岛组分占比60~70wt%，海组分占比30~40wt%。
[0010]所述聚对二氧环己酮的结构为，其中，n=10
‑
200。
[0011]所述聚对二氧环己酮的HSlSO3催化开环聚合反应机理如下：
HClSO3离解出氢离子，引发对二氧环己酮单体，引发反应中生成活性中心，和反应离子形成离子对，对二氧环己酮单体不断插入到活性中心和反离子中间而链增长，因而反离子有足够的亲核性，增长的活性中心和反离子结合，形成共价键而终止。
[0012]而由于锂盐的存在，在高温下，未反应的活性中心能够和锂盐中的阴离子进行配位，进一步提高对二氧环己酮的转化率，且无寄生反应发生，有效提高锂离子迁移数。
[0013]优选的，所述的对二氧环己酮单体和HClSO3的摩尔比为（2000
‑
2500）:1。
[0014]优选的，所述的对二氧环己酮单体和锂盐的摩尔比为（1
‑
15）:1；更优选的，所述的对二氧环己酮单体和锂盐的摩尔比为（3
‑
12）:1；再优选的，所述的对二氧环己酮单体和锂盐的摩尔比为（5
‑
9）:1。
[0015]优选的，所述锂盐选自四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂或双草酸硼酸锂中的任意一种或几种。
[0016]优选的，所述步骤S3中加热反应时间为6
‑
24h。
[0017]本专利技术还提供一种纤维布基聚合物电解质，通过上述纤维布基聚合物电解质的制备方法制得。
[0018]本专利技术还提供上述纤维布基聚合物电解质在固态锂离子电池中的应用。
[0019]本专利技术还提供一种固态锂离子电池，包括正极、负极和本专利技术所述的纤维布基聚合物电解质。
[0020]优选地，所述正极的材料选自钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂或镍酸锰锂中的任意一种或几种。
[0021]优选地，所述负极的材料选自金属锂、金属锂合金、天然石墨或纳米硅材料的任意一种或几种。
[0022]本专利技术具有如下有益效果：本专利技术将COPET/PP海岛型纤维布，用碱溶液去除海组分COPET，得到超细旦丙纶纤维布作为支撑层，其力学性能优异，能够提供良好的支撑结构；同时通过HClSO3催化剂先引发对二氧环己酮单体初步聚合，再加入锂盐制备电解质前驱体；将该电解质前驱体浸润到超细旦丙纶纤维布本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维布基聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1. 超细旦丙纶纤维布基的制备：将以聚丙烯为岛组分、以聚对苯二甲酸乙二醇酯为海组分的COPET/PP海岛型纤维布用碱溶液浸泡除去其中的海组分COPET，烘干，制得超细旦丙纶纤维布基；S2. 电解质前驱体的制备：在惰性气氛条件下，将对二氧环己酮单体和HClSO3催化剂溶液加入聚合反应容器中，加热至40
‑
80℃并搅拌均匀，恒温反应1
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4h后得到初步聚合产物，将初步聚合产物和锂盐混合搅拌均匀，得到电解质前驱体；S3. 纤维布基聚合物电解质的制备：将步骤S2制得的电解质前驱体涂布于步骤S1制得的超细旦丙纶纤维布基上，使电解质前驱体浸润到纤维布基中，加热至40
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150℃，进一步聚合反应至电解质完全聚合成固体，制得纤维布基聚合物电解质。2.根据权利要求1所述的纤维布基聚合物电解质的制备方法，其特征在于，所述的COPET/PP海岛型纤维布中的岛组分占比60
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70wt%，海组分占比30
‑
40wt%。3.根据权利要求1所述的纤维布基聚合物电解质的制备方法，其特征在于，步骤S1中采用80
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100℃碱溶液浸泡COPET/PP海岛型纤维布10
‑
30min；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷彩红，钱旺，郭清海，薛南翔，徐睿杰，江建平，陈光明，柯伟斌，
申请(专利权)人：广东蒙泰高新纤维股份有限公司，
类型：发明
国别省市：