聚二氧戊烷共聚型全固态聚合物电解质及制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种聚二氧戊烷共聚型全固态聚合物电解质及制备方法与应用，该功能化聚二氧戊烷共聚型全固态聚合物电解质包括功能化聚二氧戊烷共聚物、与所述功能化聚二氧戊烷共聚物复合的锂盐，所述功能化聚二氧戊烷共聚物的分子结构如式(Ⅰ)所示，(Ⅰ)，其中，n为2

【技术实现步骤摘要】
聚二氧戊烷共聚型全固态聚合物电解质及制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种聚二氧戊烷共聚型全固态聚合物电解质及制备方法与应用。

技术介绍

[0002]电解质主要分为三类：液态电解质、无机固态电解质和聚合物固态电解质。目前大规模商用的电解质为液态电解质，在绝大部分锂离子电池中，电解质溶剂仍选自碳酸酯类小分子溶剂如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯等。这些小分子溶剂易燃、易挥发、易泄漏，在遇到非正常使用、撞击、过冲、过放、刺穿等情况下很容易发生燃烧和爆炸。
[0003]为了解决传统液态电解质带来的一系列问题，聚合物电解质被开发了出来。聚合物锂离子电池具有塑形灵活、能量密度高、电化学稳定窗口宽、安全可靠、体积利用率高等优点，以固态电解质取代传统液态电解质，是锂离子电池发展的一个新阶段和挑战，是解决锂离子电池安全问题最好的方式。
[0004]聚二氧戊烷(PDOL)具有较高的O原子含量，因此在机理上应具有较高的离子导电性和电化学性能，但现有技术中的聚二氧戊烷基电解质的热稳定性差且离子电导率偏低，不能满足锂离子电池的应用需求。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请提供一种聚二氧戊烷共聚型全固态聚合物电解质及制备方法与应用，提高了聚合物电解质的热稳定性、离子电导率及电化学性能。
[0006]为达到上述技术目的，本申请采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本申请提供一种功能化聚二氧戊烷共聚型全固态聚合物电解质，包括功能化聚二氧戊烷共聚物、与功能化聚二氧戊烷共聚物复合的锂盐，功能化聚二氧戊烷共聚物的分子结构如式(Ⅰ)所示，
[0008]其中，n为2
‑
15之间的整数，m的取值范围为0
‑
105。
[0009]优选地，功能化聚二氧戊烷共聚物由聚二氧戊烷二甲基丙烯酸酯和乙烯基碳酸乙烯酯经共聚反应而成。
[0010]优选地，功能化聚二氧戊烷共聚物中含有质量分数为10％
‑
99％的聚二氧戊烷二甲基丙烯酸酯结构单元，聚二氧戊烷二甲基丙烯酸酯的分子结构如式(Ⅱ)所示，
[0011]其中，n为2
‑
15之间的整数。
[0012]优选地，聚二氧戊烷二甲基丙烯酸酯的制备方法包括：
[0013]S1.以二氧戊烷、乙二醇为原料，进行聚合反应，得到聚二氧戊烷；
[0014]S2.以聚二氧戊烷及甲基丙烯酰氯为原料，反应得到聚二氧戊烷二甲基丙烯酸酯。
[0015]第二方面，本申请提供一种功能化聚二氧戊烷共聚型全固态聚合物电解质的制备方法，包括如下步骤：向聚二氧戊烷二甲基丙烯酸酯和乙烯基碳酸乙烯酯的混合液中加入引发剂和锂盐，得到前驱液，将前驱液进行原位聚合反应，即得功能化聚二氧戊烷共聚型全固态聚合物电解质。
[0016]优选地，引发剂的质量为混合液质量的0.1％
‑
1％。
[0017]优选地，原位聚合反应的温度为60
‑
80℃，反应时间为2
‑
24h。
[0018]第三方面，本申请提供一种功能化聚二氧戊烷共聚型全固态聚合物电解质在固态锂电池中的应用。
[0019]第四方面，本申请提供一种固态锂电池，包括正极材料、负极材料、介于正极材料与负极材料之间的多孔支撑材料及功能化聚二氧戊烷共聚型全固态聚合物电解质。
[0020]第五方面，本申请提供一种固态锂电池的制备方法，其特征在于，步骤如下：向聚二氧戊烷二甲基丙烯酸酯和乙烯基碳酸乙烯酯的混合液中加入锂盐和引发剂，得到前驱液，将前驱液转移至多孔支撑材料上，并进行原位聚合反应，即得固态锂电池。
[0021]本申请的有益效果如下：本方案的功能化聚二氧戊烷共聚物提高了聚二氧戊烷的电导率，满足锂离子电池的应用需求；本专利技术提供的功能化聚二氧戊烷共聚型全固态聚合物电解质不使用任何电解液，能够大大提高电池的热稳定性和安全性能；本专利技术提供的功能化聚二氧戊烷共聚型全固态聚合物电解质的制备方法较简单，材料易得，副产物少且对环境友好；本专利技术提供的固态锂电池具有较高的锂离子电导率和较宽的电化学窗口，并且能够实现快速的充放电，具有优异的长循环稳定性能。
附图说明
[0022]图1为本方案中的锂电池的充放电容量测试结果；
[0023]图2为本方案中的锂电池循环稳定性的测试结果。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0025]如本领域人员所知，原位聚合技术是一种在电池内部直接合成聚合物电解质的方法，首先需要配制包括含活性分子单体、锂盐和引发剂的前驱体溶液，由于前驱体溶液未聚合前具有良好流动性和润湿性，因此像组装液态电池一样将前驱体溶液加入到正负极之间，并加入隔膜防止短路。电池组装完成后，将电池放置于相应的高温环境中，引发活性分
子单体聚合，这样聚合物电解质的合成和制备一次性都在电池内完成，相比其他电解质的制备方法，原位聚合制备聚合物锂电池是一种高效、便捷、环保的技术。
[0026]而聚二氧戊烷(PDOL)可作为原为聚合制备聚合物电解质的原料使用，其具有较高的O原子含量，因此在机理上应具有较高的离子导电性和电化学性能，然而，在高温下，端羟基PDOL固态电解质会发生严重的降解，产生甲醛气体和其他低沸点环氧化物，这种热分解行为导致软包电池体积膨胀较大，对PDOL基固态电解质的应用造成了很大的限制，虽然针对聚二氧戊烷基电解质容易热降解的瓶颈问题，可采用引入不饱和功能双键的策略得到聚二氧戊烷二甲基丙烯酸酯来提高聚二氧戊烷基电解质的热稳定性，但在室温下，基于聚二氧戊烷基的聚二氧戊烷二甲基丙烯酸酯很容易聚合，然而，聚合后得到的固态电解质的离子电导率偏低，不能满足锂离子电池的应用需求；乙烯基碳酸乙烯酯(VEC)在室温下具有高的离子电导率，并且具有形成高质量固体电解质界面的能力，但是，乙烯基碳酸乙烯酯不易聚合，即使在70℃条件下反应48h也不能得到固态聚合物电解质，而只能用于液体添加剂，这进一步限制了乙烯基碳酸乙烯酯的应用，乙烯基碳酸乙烯酯(VEC)不仅在室温下具有高的离子电导率，而且包含C＝C双键，能够通过C＝C键断裂机制进行原位聚合。
[0027]基于此，创立了本专利技术。
[0028]本申请提供一种功能化聚二氧戊烷共聚型全固态聚合物电解质，包括功能化聚二氧戊烷共聚物、与功能化聚二氧戊烷共聚物复合的锂盐，功能化聚二氧戊烷共聚物的分子结构如式(Ⅰ)所示，
[0029]其中，n为2
‑
15之间的整数，m的取值范围为0
‑
105，其中，功能化聚二氧戊烷共聚物由聚二氧戊烷二甲基丙烯酸酯和乙烯基碳酸乙烯酯经共聚反应而成。
[0030]功能化聚二氧戊烷共聚型全固态聚合物电解质中，由于功能化聚二氧戊烷共本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功能化聚二氧戊烷共聚型全固态聚合物电解质，其特征在于，包括功能化聚二氧戊烷共聚物、与所述功能化聚二氧戊烷共聚物复合的锂盐，所述功能化聚二氧戊烷共聚物的分子结构如式(Ⅰ)所示，其中，n为2
‑
15之间的整数，m的取值范围为0
‑
105。2.根据权利要求1所述的功能化聚二氧戊烷共聚型全固态聚合物电解质，其特征在于，所述功能化聚二氧戊烷共聚物由聚二氧戊烷二甲基丙烯酸酯和乙烯基碳酸乙烯酯经共聚反应而成。3.根据权利要求2所述的功能化聚二氧戊烷共聚型全固态聚合物电解质，其特征在于，所述功能化聚二氧戊烷共聚物中含有质量分数为10％
‑
99％的聚二氧戊烷二甲基丙烯酸酯结构单元，所述聚二氧戊烷二甲基丙烯酸酯的分子结构如式(Ⅱ)所示，其中，n为2
‑
15之间的整数。4.根据权利要求3所述的功能化聚二氧戊烷共聚型全固态聚合物电解质，其特征在于，所述聚二氧戊烷二甲基丙烯酸酯的制备方法包括：S1.以二氧戊烷、乙二醇为原料，进行聚合反应，得到聚二氧戊烷；S2.以聚二氧戊烷及甲基丙烯酰氯为原料，反应得到聚二氧戊烷二甲基丙烯酸酯。5.一种如权利要求1
‑
4任一项所述的功...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志宏，沈洋欢，柴敬超，高淑豫，柳泽林，郑云，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：发明
国别省市：