交联聚合物固态电解质及其制备方法和应用技术

本申请公开了一种交联聚合物固态电解质及其制备方法和应用，属于新能源材料技术领域。所述交联聚合物固态电解质的制备方法包括：将锂盐溶解于有机溶剂，得到液态电解液；将环醚类单体、引发剂和交联剂加入所述液态电解液中，均匀搅拌，得到准固态电解质前驱体；静置所述准固态电解质前驱体液，得到交联聚合物固态电解质。本申请解决了常规的固态电解质的阻抗较大，离子电导率较低的技术问题。离子电导率较低的技术问题。离子电导率较低的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
交联聚合物固态电解质及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及新能源材料
，尤其涉及一种交联聚合物固态电解质及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]目前，锂离子电池在电子设备、新能源电动汽车、大规模储能等领域应用广泛。传统的锂离子电池使用易燃的液态电解质，具有潜在的安全隐患，尤其是在穿刺、撞击、高温等突发情况下，可能会出现电解液泄漏，进而引起安全事故；因此，不易燃的固态电解质开始取代液态电解质的使用。
[0003]但常规的固态电解质的阻抗较大，离子电导率低，进而在应用于电池时导致电池在循环后期，由于正、负极不断膨胀和收缩，产生大量的内部微裂纹，导致电池快速失效，循环稳定性能差。
[0004]上述内容仅用于辅助理解本申请的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现思路

[0005]本申请的主要目的在于提供一种交联聚合物固态电解质及其制备方法和应用，旨在解决常规的固态电解质的阻抗较大，离子电导率较低的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本申请提供一种交联聚合物固态电解质的制备方法，所述交联聚合物固态电解质的制备方法包括以下步骤：将锂盐溶解于有机溶剂，得到液态电解液；将环醚类单体、引发剂和交联剂加入所述液态电解液中搅拌至均匀，得到准固态电解质前驱体液；静置所述准固态电解质前驱体液，得到交联聚合物固态电解质。
[0007]可选地，所述锂盐包括：二（三氟甲磺酰）亚胺锂（LiTFSI）、双(氟磺酰)亚胺锂（LiFSI）、碘化锂（LiI）、二草酸硼酸锂（LiBOB）和六氟砷酸锂（LiAsF6）中的一种或多种，其中，所述锂盐的浓度为0.1
‑
10 mol/L。
[0008]可选地，所述有机溶剂包括：乙二醇二甲醚（DME）、四氢呋喃（THF）、N,N
‑
二甲基甲酰胺（DMF）、甲苯、N
‑
甲基吡咯烷酮和4
‑
甲基
‑
1,3
‑
二氧环戊中的一种或多种。
[0009]可选地，所述环醚类单体包括：1,3
‑
二氧戊环（DOL）、聚乙二醇二甲醚（NHD）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）和碳酸亚乙烯酯（VC）中的一种或多种。
[0010]可选地，所述引发剂包括：六氟磷酸锂（LiPF6）、氟化锡(SnF4)、三氟甲磺酸镁（Mg(OTf)2）、1
‑
羟基环己基苯基酮、路易斯酸和三氟甲磺酸铝（Al(OTf)3）中的一种或多种，其中，所述引发剂的浓度为0.1
‑
5 mol/L。
[0011]可选地，所述交联剂包括：季戊四醇缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、Y
‑
缩水甘油醚氧硅丙基倍半氧烷和三羟甲基丙烷三缩水甘油醚中的一种或多种，其中，所述交联
剂的含量为1
‑
30 wt.%。
[0012]可选地，所述有机溶剂与所述环醚类单体的体积比为1:10至10:1。
[0013]可选地，所述准固态电解质前驱体液的静置温度为15
‑
60℃，静置时间为0.5
‑
72h。
[0014]本申请还提供一种交联聚合物固态电解质，所述交联聚合物固态电解质通过上述交联聚合物固态电解质制备方法制得。
[0015]本申请还提供一种交联聚合物固态电解质的应用，所述交联聚合物固态电解质通过上述交联聚合物固态电解质的制备方法制得，所述交联聚合物固态电解质在制备锂金属电池中的应用。
[0016]本申请公开了一种交联聚合物固态电解质及其制备方法和应用，通过将锂盐溶解于有机溶剂，得到液态电解液；进而将环醚类单体、引发剂和交联剂加入所述液态电解液中搅拌至均匀，从而得到准固态电解质前驱体液；进而静置所述准固态电解质前驱体液，使得准固态的前驱体液逐渐凝固，得到低阻抗、高离子电导率的交联聚合物固态电解质；本申请中，引发剂的加入使环醚类单体进行原位开环聚合从而形成线性聚合物，而交联剂的加入进一步使得线性聚合物交联为三维网络聚合物，增强了结构稳定性，并且交联剂中硅原子杂化提高了固态电解质的热稳定性，降低了聚合物基质的结晶度，进而提高了固态电解质的离子电导率，最终得到具有高离子电导率、低界面阻抗和高稳定性的固态聚合物电解质。而该制备方法工艺简单，可利用现有的液态电解质生产工艺，而无需增加设备投入，具有产业化的前景；通过交联减少氢键，进而增加聚合物链段的活动性，提高固态电解质的离子电导率，并通过各组分之间的协同作用显著降低了电解质的阻抗，使固态电解质能够像液态电解液一样进行大倍率放电，使固态电解质与电池电极保持良好的界面接触，提升电池的安全性和循环稳定性。
附图说明
[0017]图1为本申请实施例方案涉及的交联聚合物固态电解质的制备方法的流程示意图；图2为本申请实施例和对比例的交流阻抗测试图；图3为本申请实施例1的离子电导率与温度关系测试图；图4为本申请实施例1和对比例1所制备对称电池的稳定性能测试图；图5为本申请实施例1和对比例1所制备电池的循环性能测试图；图6为本申请实施例1所制备电池的首圈充放电测试图。
[0018]本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0019]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0020]另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结
合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0021]锂离子电池应用于人们生活的方方面面，例如手机、电脑、电动汽车以及各种电动工具等，但锂离子电池的安全风险和续航能力问题，促使人们一直寻求高安全与高比能的新型电池。传统的锂离子电池多使用电解液，利用有机醚类或者有机酯类电解液将锂盐溶解，并通过添加成膜保护剂等实现锂离子电池的安全长循环。在众多的液态有机电解液中，碳酸脂类是一类具有较高介电常数和宽电化学窗口的有机溶剂，是目前使用最广泛的锂离子电池溶剂之一。常用的有机溶剂包括：碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯等。但是这一类的有机溶剂容易挥发、易燃，存在着较大的安全隐患；同时有机电解液的加入，增加了电池中非活性物质的总体占比，导致锂离子电池的总体比能量降低，而大量的有机酯类或者有机醚类电解液在电池内部容易发生短路，从而极易引发起火，造成严重的安全事故。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交联聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将锂盐溶解于有机溶剂，得到液态电解液；将环醚类单体、引发剂和交联剂加入所述液态电解液中搅拌至均匀，得到准固态电解质前驱体液；静置所述准固态电解质前驱体液，得到交联聚合物固态电解质。2.如权利要求1所述的交联聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于，所述锂盐包括：二（三氟甲磺酰）亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、碘化锂、二草酸硼酸锂和六氟砷酸锂中的一种或多种，其中，所述锂盐的浓度为0.1
‑
10 mol/L。3.如权利要求1所述的交联聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括：乙二醇二甲醚、四氢呋喃、N,N
‑
二甲基甲酰胺、甲苯、N
‑
甲基吡咯烷酮和4
‑
甲基
‑
1,3
‑
二氧环戊中的一种或多种。4.如权利要求1所述的交联聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于，所述环醚类单体包括：1,3
‑
二氧戊环、聚乙二醇二甲醚、氟代碳酸乙烯酯和碳酸亚乙烯酯中的一种或多种。5.如权利要求1所述的交联聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于，所述引发剂包括：六氟磷酸锂、氟化锡、...

【专利技术属性】
技术研发人员：田雷，母可心，朱才镇，徐坚，刘会超，于佳立，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：