一种聚轮烷基聚合物电解质的制备及其应用制造技术

一种聚轮烷基聚合物电解质的制备及其应用，属于锂离子电池技术领域。聚轮烷基聚合物由直线型聚合物、环状分子和封端分子组成。聚轮烷基聚合物电解质由聚轮烷基聚合物、导电锂盐和多孔支撑材料组成。该聚合物电解质的制备工艺简单、无副产物，具有优异的电化学性能。室温离子电导率可＞10

【技术实现步骤摘要】
一种聚轮烷基聚合物电解质的制备及其应用


[0001]本专利技术涉及聚轮烷基聚合物电解质及其在锂离子电池中应用，具体涉及一种可用于锂离子电池的固体聚合物电解质，属于固态电池的


技术介绍

[0002]锂离子电池由正极、负极、电解质、隔膜、电池壳等部件组成。作为锂离子电池的重要组成部分，电解质性能备受关注。目前，商业化的锂电池使用的电解质主要有两种：一种是有机液态电解液，另一种是凝胶聚合物电解质。这两种电解质均具有较高的离子电导率，能够有效地浸润电极并电极表面形成稳定的固态电解质，具有较好的性能。但是这两类电解质中都含有较多的有机溶剂，如碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯等，由于有机液体电解液通常具有高化学活性、挥发性、易着火等特性，使得锂离子电池存在很大的安全隐患，严重阻碍了锂离子电池的进一步普及化。固态电池中使用耐高温的聚合物固体电解质被认为可以改善大电池的安全性。已经报道的固态电池的聚合物固体电解质包括聚环氧乙烷、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚环氧丙烷、聚偏氯乙烯等。然而，目前研究的聚合物固体电解质仍然存在、离子传输性能差、抗氧化性能差、电解质的界面阻抗大、电池循环稳定性差等问题，使得目前聚合物基固态锂离子电池的研究处于困难中，难以应用。为了改善以上问题，本专利技术从分子设计的角度出发，首次采用聚轮烷基聚合物电解质用于锂离子电池体系，使用该电解质的锂离子电池的离子传输性能、电化学窗口以及电池循环稳定性能得到显著的改善。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种优良性能的聚轮烷基锂离子电池聚合物电解质及其制备方法和应用。
[0004]本专利技术的技术方案为：
[0005]一种聚轮烷基锂离子电池聚合物电解质，其特征在于，聚合物电解质包括聚轮烷基聚合物、导电锂盐；
[0006]聚轮烷基锂离子电池聚合物电解质，其特征在于，聚轮烷基锂离子电池聚合物电解质由直线型聚合物、环状分子、封端分子、催化剂、锂盐制备而成，其中直线型聚合物、环状分子、封端分子形成聚轮烷基聚合物；直线型聚合物、环状分子和封端分子的摩尔比为1:(0.1～10)：(0.1～10)。其中催化剂占直线型聚合物质量分数为0.1％
‑
10％，锂盐占直线型聚合物质量分数为10％
‑
80％；聚轮烷基锂离子电池聚合物电解质采用多孔支撑材料作为载体；
[0007]所述的直线型聚合物选自聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙二醇，或是聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙二醇的硫、氯或氟的取代物中的一种或几种；所述的直线型聚合物的分子量在1000～1000000的范围内。
[0008]所述的环状分子选自冠醚基团分子、环糊精型基团分子中的一种或几种，所述的
冠醚基团分子选自18
‑
冠醚
‑
6、二苯并
‑
18冠醚
‑
6、18
‑
二氮冠醚
‑
6、二苯并
‑
18
‑
四硫冠醚
‑
6，四苯并
‑
18
‑
冠醚
‑
6，环己烷
‑
18
‑
冠
‑
6，21
‑
冠醚
‑
7，24
‑
冠醚
‑
8中的一种或几种，所述的环糊精型基团分子是α、β或γ型环糊精，或是环糊精表面醇羟基的醚化、酯化、氧化、交联等反应产物或是环糊精的氯、氟的取代物的一种或几种；
[0009]所述的封端分子为以下中的一种或几种：六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、六亚甲基二异氰酸酯三聚体(HDI trimer)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、(聚甲基聚苯异氰酸酯)(PAPI)、(苯异氰酸酯)(PI)、(异佛尔酮二异氰酸酯)(IPDI)、(十八烷基异氰酸酯)(ODI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、赖氨酸二异氰酸酯(LDI)；所述的封端分子的分子量在(100
‑
10000)的范围内；
[0010]所述导电锂盐为以下中的一种或几种：六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂(LiClO4)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、双(三氟甲烷磺酰)甲基锂(LiC(SO2CF3)3)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)；
[0011]所述催化剂为以下中的一种：二月桂酸酯二丁基锡、双(乙酰丙酮酸)二丁基锡、偶氮二异庚腈(ABVN)、偶氮二异丁腈(AIBN)、偶氮二异丁酸二甲酯(AIBME)、过氧化苯甲酰(BPO)、过氧化苯甲酰叔丁酯(TBPB)、过氧化甲乙酮(MEKPO)、铂金水(Pt)。
[0012]所述多孔支撑材料为以下中的一种或几种：纤维素无纺布、聚乙烯无纺布、聚丙烯无纺布、玻璃纤维无纺布、聚四氟乙烯无纺布；
[0013]上述一种聚轮烷基锂离子电池聚合物电解质的制备方法具体如下：
[0014]1)将直线型聚合物、环状分子溶于液态溶剂中搅拌2
‑
10h，使得直线型聚合物穿过环状分子；
[0015]2)在上述溶液中加入一定量的封端分子和催化剂继续搅拌2
‑
10h，得到聚轮烷基聚合物溶液；
[0016]3)将上述聚轮烷基聚合物溶液中加入一定量的锂盐形成均一溶液，得到聚轮烷基聚合物电解质混合溶液；
[0017]4)将上述聚轮烷基聚合物电解质混合溶液涂覆到或浸入含有多孔支撑材料上，然后在60
‑
120℃真空加热固化2
‑
12h得到全固态聚合物电解质膜。
[0018]所述溶剂为以下中的一种：N
‑
甲基吡咯烷酮、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯脂、碳酸二甲酯、碳酸乙二酯、碳酸甲乙酯、γ
‑
丁内酯、四氢呋喃、2
‑
甲基四氢呋喃、乙腈、1,2
‑
二甲氧乙烷、四乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、二甲基亚砜。
[0019]本专利技术提供一种聚轮烷基锂离子电池聚合物电解质的聚合物基锂离子电池，其特征在于，包括：正极、负极和置于正极和负极之间兼具隔膜和电解液功能的上述聚轮烷基锂离子电池聚合物电解质；
[0020]上述所述的一种聚轮烷基聚合物电解质的聚合物基锂离子电池，其特征在于，正极活性材料为磷酸铁锂(LiFeO4)、镍钴铝酸锂(NCA)、富锂材料(LLOs)、钴酸锂(LiCoO2)、锂离子氟磷酸锂、镍钴锰酸锂、锂锰氧化物、锰酸锂、镍锰酸锂、磷酸锰铁锂、镍酸锂(LiNiO2)、中的一种或几种；负极活性材料为金属锂、金属锂合金、碳硅复合材料、钛酸锂、石墨、锂金属氮化物、氧化锑、碳锗复合材料、锂钛氧化物中的一种或几种；
[0021]上述所述的一种聚轮烷基聚合物电解质的聚合物基锂离子电池，其特征在于，正极的制备包括以下步骤：(1)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚轮烷基锂离子电池聚合物电解质，其特征在于，聚合物电解质包括聚轮烷基聚合物、导电锂盐；聚轮烷基锂离子电池聚合物电解质，其特征在于，聚轮烷基锂离子电池聚合物电解质由直线型聚合物、环状分子、封端分子、催化剂、锂盐制备而成，其中直线型聚合物、环状分子、封端分子形成聚轮烷基聚合物；直线型聚合物、环状分子和封端分子的摩尔比为1:(0.1～10)：(0.1～10)；其中催化剂占直线型聚合物质量分数为0.1％
‑
10％，锂盐占直线型聚合物质量分数为10％
‑
80％；聚轮烷基锂离子电池聚合物电解质采用多孔支撑材料作为载体；所述的直线型聚合物选自聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙二醇，或是聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙二醇的硫、氯或氟的取代物中的一种或几种；所述的直线型聚合物的分子量在1000～1000000的范围内。所述的环状分子选自冠醚基团分子、环糊精型基团分子中的一种或几种，所述的封端分子为以下中的一种或几种：六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、六亚甲基二异氰酸酯三聚体(HDI trimer)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、(聚甲基聚苯异氰酸酯)(PAPI)、(苯异氰酸酯)(PI)、(异佛尔酮二异氰酸酯)(IPDI)、(十八烷基异氰酸酯)(ODI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、赖氨酸二异氰酸酯(LDI)；所述的封端分子的分子量在(100
‑
10000)的范围内；所述导电锂盐为以下中的一种或几种：六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂(LiClO4)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、双(三氟甲烷磺酰)甲基锂(LiC(SO2CF3)3)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)；所述催化剂为以下中的一种：二月桂酸酯二丁基锡、双(乙酰丙酮酸)二丁基锡、偶氮二异庚腈(ABVN)、偶氮二异丁腈(AIBN)、偶氮二异丁酸二甲酯(AIBME)、过氧化苯甲酰(BPO)、过氧化苯甲酰叔丁酯(TBPB)、过氧化甲乙酮(MEKPO)、铂金水(Pt)。2.按照权利要求1所述的一种聚轮烷基锂离子电池聚合物电解质，其特征在于，所述的直线型聚合物的分子量在1000～1000000的范围内。3.按照权利要求1所述的一种聚轮烷基锂离子电池聚合物电解质，其特征在于，所述的冠醚基团分子选自18
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冠醚
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6、二苯并
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18冠醚
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6、18
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二氮冠醚
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6、二苯并
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18
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四硫冠醚
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6，四苯并
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18
‑
冠醚
‑
6，环己烷
‑
18
‑
冠
‑
6，21
‑
冠醚
‑
7，24
‑
冠醚
‑
8中的一种或几种，所述的环糊精型基团分子是α、β或γ型环糊精，或是环糊精表面醇羟基的醚化、酯化、氧化、交联等反应产物或是环糊精的氯、氟的取代物的一种或几种。4.按照权利要求1所述的一种聚轮烷基锂离子电池聚合物电解质，其特征在于，所述多孔支撑材料为以下中的一种或几种：纤维素无纺布、聚乙烯无纺布、聚丙烯无纺布、玻璃纤维无纺布、聚四氟乙烯无纺布。5.按照权利要求1
‑
4任一项所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：尉海军，吴玲巧，丁培沛，郭现伟，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：