一种固态聚合物电解质及其电池制备方法技术

本申请涉及一种固态聚合物电解质的制备方法，所述方法包括：将环状碳酸酯类单体、氟取代的磷酸酯交联剂、锂盐、溶剂和引发剂混合均匀以得到前驱体溶液；以及使所述前驱体溶液进行交联聚合反应以获得所述固态聚合物电解质。本申请还涉及固态聚合物电解质的制备方法、包含固态聚合物电解质的电池或电容器及其制备方法。方法。

【技术实现步骤摘要】
一种固态聚合物电解质及其电池制备方法


[0001]本申请属于电化学领域。具体而言，本申请涉及固态聚合物电解质、其制备方法和用途，特别是其在电池或电容器(例如固态锂金属电池)中的用途。本申请还涉及包括固态聚合物电解质的电池或电容器以及电池的制备方法。

技术介绍

[0002]随着社会的不断发展，对于高能量密度以及高安全性的电池的需求不断增大。然而目前使用的锂电池的循环性能以及安全性不能满足各个领域的使用需求，因此妨碍了锂电池的大规模应用。电解质是锂电池的一个重要组成部分，对锂电池的性能有着非常大的影响。相比于液态电解液，固态聚合物电解质可以避免电解液的泄露问题，具有较高的安全性，但是此类电池的发展仍然面临一些问题。例如，聚合物骨架的氧化稳定窗口不够宽，难以满足高能量密度锂电池的需求；固态聚合物电解质具有一定的可燃性，在电池起火时也可以燃烧，从而造成更大的安全问题；以及包含固态聚合物电解质的电池的循环性能仍需要进一步提高。

技术实现思路

[0003]本申请提供了一种固态聚合物电解质、制备所述固态聚合物电解质的方法以及包含所述固态聚合物电解质的电池或电容器。具体地，本申请通过环状碳酸酯类单体和氟取代的磷酸酯交联剂的交联聚合获得了固态聚合物电解质。
[0004]此外，本申请还提供了通过在电池内的原位聚合来制备固态聚合物电解质的方法，从而实现了固态电解质与电极紧密的界面接触。
[0005]第一方面，本申请提供了固态聚合物电解质的制备方法，所述方法包括：
[0006]将环状碳酸酯类单体、氟取代的磷酸酯交联剂、锂盐、溶剂和引发剂混合均匀以得到前驱体溶液；以及
[0007]使所述前驱体溶液进行交联聚合反应以获得所述固态聚合物电解质，
[0008]其中所述环状碳酸酯类单体为由式1表示的化合物、由式2表示的化合物或其组合，
[0009][0010]在式1和式2中，R1、R2和R3各自独立地选自氢原子、氘原子、卤素原子、取代或未取
代的C1‑
C
12
烷基、或者取代或未取代的C2‑
C
12
烯基，
[0011]其中所述氟取代的磷酸酯交联剂是含有两个或三个可聚合官能团的氟取代的磷酸酯化合物，
[0012]基于所述前驱体溶液的质量，所述环状碳酸酯类单体的含量为5wt％至80wt％，
[0013]基于所述前驱体溶液的质量，所述氟取代的磷酸酯交联剂的含量为1wt％至50wt％，
[0014]基于所述前驱体溶液的质量，所述锂盐的含量为1wt％至40wt％。
[0015]第二方面，本申请提供了电池的制备方法，所述方法包括：
[0016]将环状碳酸酯类单体、氟取代的磷酸酯交联剂、锂盐、溶剂和引发剂混合均匀以得到前驱体溶液；
[0017]使所述前驱体溶液进行交联聚合反应以获得所述固态聚合物电解质；以及
[0018]将所述固态聚合物电解质与正极、负极组装成电池，
[0019]其中所述环状碳酸酯类单体为由式1表示的化合物、由式2表示的化合物或其组合，
[0020][0021]在式1和式2中，R1、R2和R3各自独立地选自氢原子、氘原子、卤素原子、取代或未取代的C1‑
C
12
烷基、或者取代或未取代的C2‑
C
12
烯基，
[0022]其中所述氟取代的磷酸酯交联剂是含有两个或三个可聚合官能团的氟取代的磷酸酯化合物，
[0023]基于所述前驱体溶液的质量，所述环状碳酸酯类单体的含量为5wt％至80wt％，
[0024]基于所述前驱体溶液的质量，所述氟取代的磷酸酯交联剂的含量为1wt％至50wt％，
[0025]基于所述前驱体溶液的质量，所述锂盐的含量为1wt％至40wt％。
[0026]第三方面，本申请提供了电池的制备方法，所述方法包括：
[0027]将环状碳酸酯类单体、氟取代的磷酸酯交联剂、锂盐、溶剂和引发剂混合均匀以得到前驱体溶液；
[0028]将所述前驱体溶液添加至包括正极、负极和隔膜的电池壳体中；以及
[0029]使所述前驱体溶液进行交联聚合反应以获得包含固态聚合物电解质的电池，
[0030]其中所述环状碳酸酯类单体为由式1表示的化合物、由式2表示的化合物或其组合，
[0031][0032]在式1和式2中，R1、R2和R3各自独立地选自氢原子、氘原子、卤素原子、取代或未取代的C1‑
C
12
烷基、或者取代或未取代的C2‑
C
12
烯基，
[0033]其中所述氟取代的磷酸酯交联剂是含有两个或三个可聚合官能团的氟取代的磷酸酯化合物，
[0034]基于所述前驱体溶液的质量，所述环状碳酸酯类单体的含量为5wt％至80wt％，
[0035]基于所述前驱体溶液的质量，所述氟取代的磷酸酯交联剂的含量为1wt％至50wt％，
[0036]基于所述前驱体溶液的质量，所述锂盐的含量为1wt％至40wt％。
[0037]在一些实施方案中，所述氟取代的磷酸酯交联剂可以选自由以下
[0038]式3、式4表示的化合物中的一种或多种：
[0039][0040]其中在式3和式4中，m、n、l、o和p各自独立地为1至12的自然数，R4独立地选自氢原子、氘原子、羟基、取代或未取代的C1‑
C
12
烷基、取代或未取代的C1‑
C
12
烷氧基、取代或未取代的C2‑
C
12
不饱和烷氧基、取代或未取代的C2‑
C
12
烯基。
[0041]在一些实施方案中，所述锂盐可以选自六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟甲磺酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、双三氟甲基磺酰胺基锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂或其任意组合。
[0042]在一些实施方案中，所述溶剂可以选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、二甲氧基碳酸酯、碳酸二甲醚、二氧戊环、乙二醇二甲醚、氟代碳酸乙烯酯、三氟乙基甲基碳酸酯、1,1,2,2
‑
四氟乙基
‑
2,2,3,3
‑
四氟丙基醚或2,2,2
‑
三氟乙基
‑
1,1,2,2
‑
四氟乙基醚或其任意组合。
[0043]在一些实施方案中，所述引发剂可以包括偶氮二异庚腈、偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、过氧化二苯甲酰、过氧化二邻甲基苯甲酰、过氧化乙酰异丁酰、过氧化二碳酸二异丙
酯中的一种或多种。
[0044]在一些实施方案中，所述正极包含磷酸铁锂、镍酸锂、锰酸锂、钴酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂、富锂锰正极材料中的一种或多种。
[0045]在一些实施方案中，所述负极包括金属锂。
[0046]在一些实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.固态聚合物电解质的制备方法，包括：将环状碳酸酯类单体、氟取代的磷酸酯交联剂、锂盐、溶剂和引发剂混合均匀以得到前驱体溶液；以及使所述前驱体溶液进行交联聚合反应以获得所述固态聚合物电解质，其中所述环状碳酸酯类单体为由式1表示的化合物、由式2表示的化合物或其组合，在式1和式2中，R1、R2和R3各自独立地选自氢原子、氘原子、卤素原子、取代或未取代的C1‑
C
12
烷基、或者取代或未取代的C2‑
C
12
烯基，其中所述氟取代的磷酸酯交联剂是含有两个或三个可聚合官能团的氟取代的磷酸酯化合物，基于所述前驱体溶液的质量，所述环状碳酸酯类单体的含量为5wt％至80wt％，基于所述前驱体溶液的质量，所述氟取代的磷酸酯交联剂的含量为1wt％至50wt％，基于所述前驱体溶液的质量，所述锂盐的含量为1wt％至40wt％。2.电池的制备方法，包括：将环状碳酸酯类单体、氟取代的磷酸酯交联剂、锂盐、溶剂和引发剂混合均匀以得到前驱体溶液；使所述前驱体溶液进行交联聚合反应以获得所述固态聚合物电解质；以及将所述固态聚合物电解质与正极、负极组装成电池，其中所述环状碳酸酯类单体为由式1表示的化合物、由式2表示的化合物或其组合，在式1和式2中，R1、R2和R3各自独立地选自氢原子、氘原子、卤素原子、取代或未取代的C1‑
C
12
烷基、或者取代或未取代的C2‑
C
12
烯基，其中所述氟取代的磷酸酯交联剂是含有两个或三个可聚合官能团的氟取代的磷酸酯化合物，
基于所述前驱体溶液的质量，所述环状碳酸酯类单体的含量为5wt％至80wt％，基于所述前驱体溶液的质量，所述氟取代的磷酸酯交联剂的含量为1wt％至50wt％，基于所述前驱体溶液的质量，所述锂盐的含量为1wt％至40wt％。3.电池的制备方法，包括：将环状碳酸酯类单体、氟取代的磷酸酯交联剂、锂盐、溶剂和引发剂混合均匀以得到前驱体溶液；将所述前驱体溶液添加至包括正极、负极和隔膜的电池壳体中；以及使所述前驱体溶液进行交联聚合反应以获得包含固态聚合物电解质的电池，其中所述环状碳酸酯类单体为由式1表示的化合物、由式2表示的化合物或其组合，在式1和式2中，R1、R2和R3各自独立地选自氢原子、氘原子、卤素原子、取代或未取代的C1‑
C
12
烷基、或者取代或未取代的C2‑
C
12
烯基，其中所述氟取代的磷酸酯交联剂是含有两个或三个可聚合官能团的氟取代的磷酸酯化合物，基于所述前驱体溶液的质量，所述环状碳酸酯...

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