一种单离子传导固态聚合物电解质的制备方法及其应用技术

本申请提供了可用于制备固态聚合物电解质的组合物，特别是提供了固态聚合物电解质、其制备方法和相应的用途。根据本申请的固态聚合物电解质通过包含如下组分的组合物聚合而成：有机硼酸酯化合物，其包含一个或多个不饱和键；交联剂；聚合物基底；溶剂化离子液体；和(光)引发剂。该固态聚合物电解质为单离子传导电解质，具有高离子电导，高锂离子迁移数，可以制成良好氧化稳定性的聚合物电解质膜，具有良好的实际应用前景。好的实际应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种单离子传导固态聚合物电解质的制备方法及其应用


[0001]本专利技术一般地涉及电池、特别是电解质领域，具体地涉及固态聚合物电解质，特别是单离子传导固态聚合物电解质、其制备方法、用途和包含其的电池。

技术介绍

[0002]锂金属由于其超高的理论比容量(3860mAh g
‑1)，被认为是一种很有潜力的负极材料。而传统商业电解液与锂金属的持续反应会导致锂金属和电解液的连续消耗，从而导致容量降低和循环寿命变短。此外商业电解液中锂金属表面不均匀的锂沉积会导致锂枝晶生长，最终导致电池短路。
[0003]与电解液相比，固态电解质通常被认为具有更高的安全性和稳定性。其中，固态聚合物电解质具有良好的柔韧性、增强的安全性、较低的界面阻抗和易于加工等优点，适合大规模应用。但是大多数报道的固态聚合物电解质是双离子传导，锂离子和阴离子都可以自由移动，并且由于锂离子与聚合物链的路易斯碱性位点之间的配位作用，锂离子的移动速度比阴离子慢得多，锂离子迁移数(LITN)通常低于0.5。而阴离子不能沉积在电极上，过多的阴离子聚集在正极表面，会使得电池内部产生浓差极化，导致较大的过电势，从而限制了锂离子电池能量密度和功率密度的提升。
[0004]因此，需要开发一种能够克服这些缺陷的固态聚合物电解质。

技术实现思路

[0005]第一方面，本申请提供了一种用于制备固态聚合物电解质的组合物，其包含：有机硼酸酯化合物，其包含一个或多个不饱和键；交联剂；聚合物基底；溶剂化离子液体；和光引发剂。
[0006]第二方面，本申请提供了由根据前述的组合物通过聚合得到的固态聚合物电解质。
[0007]第三方面，本申请提供了固态聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将根据本申请的组合物的各组分混合，得到前驱液；以及通过光照射引发所述前驱液聚合，得到所述固态聚合物电解质。
[0009]第四方面，本申请提供了电池的制备方法，包括：
[0010]将根据本申请的组合物的各组分混合，得到前驱液；
[0011]将所述前驱液倒入模具中，通过光照射引发聚合，形成电解质膜；以及
[0012]将所述电解质膜置于正极和负极之间，得到电池。
[0013]第五方面，本申请提供了根据上述的方法制得的电池。
[0014]第六方面，本申请提供了电池，其包括根据本申请的固态聚合物电解质或根据本申请的方法制得的固态聚合物电解质。
[0015]第七方面，本申请提供了根据本申请的固态聚合物电解质或根据本申请的方法制得的固态聚合物电解质在制备电池中的用途。
附图说明
[0016]下文参考附图来进一步描述本文所例示的实施方案，但是附图仅仅是为了让本领域技术人员更好地理解本专利技术的构思，而不旨在限定本专利技术的范围。
[0017]图1为实施例1中固态聚合物电解质膜1的数码照片；
[0018]图2为实施例1中固态聚合物电解质膜1的离子电导率图；
[0019]图3为实施例1中固态聚合物电解质膜1的线性扫描伏安图；
[0020]图4为实施例1中固态聚合物电解质膜1的电流/时间测试曲线和极化前后阻抗测试曲线图；
[0021]图5为使用实施例1中固态聚合物电解质膜1、磷酸铁锂为正极、锂金属为负极的电池在不同倍率下的倍率图；
[0022]图6为使用实施例1中固态聚合物电解质膜1、磷酸铁锂为正极、锂金属为负极的电池在0.5C下的循环图；
[0023]图7为实施例8中使用商业电解液(LB001)的磷酸铁锂为正极、锂金属为负极的电池在0.5C下的循环图；
[0024]图8为使用实施例1中固态聚合物电解质膜1、镍钴锰酸锂811为正极、锂金属为负极的电池在0.2C下的循环图。
[0025]图9为实施例8中使用商业电解液(LB001)的镍钴锰酸锂811为正极、锂金属为负极的电池在0.2C下的循环图。
具体实施方案
[0026]在下文中，将根据具体实施方案来进一步阐述本专利技术的构思。然而，所列举的具体实施方案仅出于例示目的，而不旨在限制本专利技术的范围。本领域技术人员会认识到，以下任一实施方案中的具体特征可以用于任何其他实施方案，只要其不背离本专利技术的主旨即可。
[0027]提供以下说明用以更好地界定本申请以及在本申请实践中指导本领域普通技术人员。除非另作说明，否则术语按照相关领域普通技术人员的常规用法理解。本文所引用的所有专利文献、学术论文及其他公开出版物，其中的全部内容整体并入本文作为参考。
[0028]定义
[0029]凡在本文中给出某一数值范围之处，所述范围包括其端点，以及位于所述范围内的所有单独整数和分数，并且还包括由其中那些端点和内部整数和分数的所有各种可能组合形成的每一个较窄范围，以在相同程度的所述范围内形成更大数值群的子群，如同每一个那些较窄范围被明确给出一样。例如，所述紫外光照射历时10min
‑
15min是指所述紫外光照射时间可以为10min、11min、12min、13min、14min、或15min等以及由它们所形成的范围等。
[0030]本文中的“约”、“大约”或“大致”等表示近似的词语在修饰数值时是指在所修饰数值的
±
5％的范围内。
[0031]本文所用术语“任选的”或“任选地”是指随后所描述的事件或情形可以、但不是必须发生，该描述包括所述事件或情形发生时的情况，也包括它们不发生时的情况。
[0032]本文所使用的术语“有机硼酸酯化合物”是指含有一个或多个硼
‑
氧(B
‑
O)键的化合物，其中的B原子采用sp2杂化方式。
[0033]本文所用的术语“C1
‑
C4烷基”包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基和叔丁基等。
[0034]本文所使用的术语“卤素”包括氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)。
[0035]本文所使用的“丙烯酸酯官能团”为如式A所示的基团，其中*表示与所属化合物中相邻原子的连接处。
[0036][0037]本专利技术的专利技术人在研发新的固态聚合物电解质的过程中，出乎意料地发现将包含具有不饱和键(如烯键)的有机硼酸酯化合物、交联剂、聚合物基底、溶剂化离子液体和光引发剂的组合物制备得到的固态聚合物电解质，具有高离子电导、高阳离子迁移数、氧化稳定性良好等优异的性能。
[0038]因此，在第一个方面，本申请首先提供了一种用于制备固态聚合物电解质的组合物，其包含：具有不饱和键(如烯键)的有机硼酸酯化合物、交联剂、聚合物基底、溶剂化离子液体和光引发剂。根据本申请的组合物通过聚合、特别是光照射聚合可以得到固态聚合物电解质。
[0039]下面详细描述在根据本申请的组合物中使用的各组分。
[0040]有机硼酸酯化合物
[0041]本文所使用的术语“有机硼酸酯化合物”含有一个或多个(例如1个、2个或3个)B
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于制备固态聚合物电解质的组合物，其包含：有机硼酸酯化合物，其包含一个或多个不饱和键；交联剂；聚合物基底；溶剂化离子液体；和光引发剂。2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述有机硼酸酯化合物选自式1所示的化合物及其组合：其中，R1和R2是相同或不同的并且分别选自
‑
H、C1
‑
C4烷基、卤素，优选地选自
‑
H和
‑
F；和/或所述交联剂为每分子中含有两个或更多个丙烯酸酯官能团的化合物；优选地，所述交联剂选自式2所示的化合物、式3所示的化合物和式4所示的化合物以及它们的组合：联剂选自式2所示的化合物、式3所示的化合物和式4所示的化合物以及它们的组合：
其中，m为1～10的整数，n为1～10的整数；任选地，所述有机硼酸酯化合物占所述组合物的1wt％至25wt％，如10wt％至20wt％；任选地，所述交联剂占所述组合物的1wt％至15wt％，如1wt％至10wt％。3.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述聚合物基底选自聚环氧乙烷、聚碳酸亚丙酯、聚碳酸亚乙烯酯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸酯、聚偏二氟乙烯、聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯、聚偏氟乙烯
‑
三氟乙烯、锂化全氟磺酸树脂以及它们的组合；任选地，所述聚合物基底占所述组合物的5wt％至25wt％，如10wt％至20wt％；和/或所述溶剂化离子液体包含锂盐和有机溶剂，所述锂盐优选为电解质盐，特别优选地选自双三氟甲基磺酰亚胺锂，双氟磺酰亚胺锂以及它们的组合，以及所述有机溶剂优选地选自三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚以及它们的组合；任选地，所述溶剂化离子液体占所述组合物的55wt％至75wt％，例如60wt％至70wt％，优选地所述锂盐和所述有机溶剂的摩尔比为约1:1；和/或优选地，所述光引发剂选自2,2
‑
二甲氧基
‑2‑

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永胜，张金萍，张洪涛，朱洁，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：