一种交联聚合物固态电解质、制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种交联聚合物固态电解质、制备方法及其应用。所述交联聚合物固态电解质包括聚合单体、交联剂、引发剂及锂盐；所述聚合单体为1,3二氧戊环及其衍生物；所述交联剂为季戊四醇缩水甘油醚及其衍生物。该交联聚合物固态电解质实现了常温下接近液态电解质的锂离子电导率，同时可以显著提升固态电解质在常温下的电池循环性能。下的电池循环性能。下的电池循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种交联聚合物固态电解质、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及一种交联聚合物固态电解质、制备方法及其应用，属于电池


技术介绍

[0002]目前，传统的锂离子电池通常采用易挥发、易燃且易泄露的有机液态电解质，因而存在一定程度的安全隐患。上世纪70年代出现了高分子聚合物聚环氧乙烷络合碱金属盐，实现了在60℃下的达到了10
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‑1的离子电导率，从而实现了高安全性和无环境污染的全固态电池。此外，聚合物电解质还兼具高韧性、可塑性强以及耐高温等特性，是最具有希望替代当前液态电解液的下一代大规模商用电解质。
[0003]但是，现有的聚合物固态电解质存在以下缺点：(1)当前的聚合物固态电解质均采用的是非原位方式，夹在正负极之间构成“三明治结构”，这种非原位组装的缺点在于，由于聚合物基体与正负极之间均为固态，因此电解质与电极之间的接触方式是“固
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固”接触，这很容易导致在两级界面的局部位置出现“点对点”式的接触，进而造成较差的界面接触，在界面处传输锂离子时容易导致较大的极化，影响锂离子传输网络，锂离子电导率不高；(2)由于目前的聚合物电解质主要为线型聚合的聚合物，导致这类聚合物电解质凝胶化，强度低，在循环过程中对锂枝晶无任何抑制作用，易导致电池短路失效；(3)这种单一线型聚合物电解质在传输锂离子的时候，是通过锂离子的在链段间的“跃迁”运动来实现的，这大大增加了锂离子在聚合物电解质中迁移的活化能，导致传统的聚合物固态电池需要在一定的温度下才能正常循环，电池循环性能较差；(4)传统的聚合物电解质的氧化电位一般较低，在与磷酸铁锂正极匹配时经常会出现过充现象。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种交联聚合物固态电解质、制备方法及其应用，可以有效解决上述问题
[0005]本专利技术是这样实现的：。
[0006]一种交联聚合物固态电解质，包括聚合单体、交联剂、引发剂及锂盐；所述聚合单体为1,3二氧戊环及其衍生物；所述交联剂为季戊四醇缩水甘油醚及其衍生物。
[0007]作为进一步改进的，所述1,3二氧戊环及其衍生物选自1,3二氧戊环、甲基环氧乙烷、四氢呋喃、1,4
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二恶烷、1,3,5
‑
三恶烷中的一种。
[0008]作为进一步改进的，所述季戊四醇缩水甘油醚及其衍生物选自季戊四醇缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、三羟基甲基丙烷三缩水甘油醚中的一种。
[0009]作为进一步改进的，所述引发剂为四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂及其衍生物中的至少一种。
[0010]作为进一步改进的，所述锂盐为选自双三氟甲磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂、三氟磺酸锂、硝酸锂中的一种或多种。
[0011]作为进一步改进的，所述的聚合单体与交联剂的摩尔比为1～200：1。
[0012]作为进一步改进的，所述锂盐的终浓度为0.1M～2.0M。
[0013]作为进一步改进的，所述引发剂的终浓度为10mM～1M。
[0014]一种上述的交联聚合物固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
[0015]S1，将聚合单体、交联剂配成电解液；
[0016]S2，向电解液中加入引发剂和锂盐，获得聚合前驱体溶液；
[0017]S3，将聚合前驱体溶液浇筑至模具中反应一段时间，得到交联聚合物固态电解质。
[0018]一种上述的交联聚合物固态电解质在电池中的应用。
[0019]本专利技术的有益效果是：
[0020]1)本专利技术提供了的交联聚合物电解质是以交联剂为中心，将其它直链型聚合物以化学键的方式交联在一起，制备原位聚合三维离子通道聚合物电解质，有从而实现具有一定强度的聚合物电解质，同时本专利技术提供的新型交联聚合物电解质内不含任何液体成分，属于全固态电解质，在循环过程中对锂枝晶具有明显抑制作用，不易造成电池短路失效，显著提高锂金属固态电池寿命。
[0021]2)本专利技术提供的交联型聚合物电解质，不同于传统的直链型聚合物电解质链段间的传输，提供了一种聚合物链内的锂离子传输网络，这大大降低了锂离子迁移活化能，实现了常温下接近液态电解质的锂离子电导率，同时可以显著提升固态电解质在常温下的电池循环性能。
[0022]3)本专利技术提供的交联型聚合物电解质的可以提供较高的氧化电位，在与磷酸铁锂正极匹配时不会出现过充现象。
[0023]4)本专利技术提供的一种新型交联聚合物固态电解质只需提供聚合单体，无需额外加入其它热塑性聚合物或载体，在完成原位聚合固化后，自身就具备一定强度和韧性。
[0024]5)本专利技术提供的一种新型交联聚合物固态电解质的原材料的价格低廉、合成方法简单，具有很高的实用价值。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0026]图1为本专利技术实施例1和实施例2提供的交联聚合物电解质的成膜图。
[0027]图2为本专利技术实施例1和对比例1提供的交联聚合物电解质的热重分析图。
[0028]图3为本专利技术实施例1、2和对比例1提供的交联聚合物电解质的交流阻抗谱曲线图。
[0029]图4为本专利技术实施例1、2和对比例1提供的交联聚合物电解质的线性扫描伏安曲线图。
[0030]图5为本专利技术实施例1提供的聚合物电解质半电池充放电电压曲线图。
[0031]图6为本专利技术实施例1、对比例1、2提供的交联聚合物电解质半电池循环次数与放电比容量、库伦效率的关系图。
[0032]图7为本专利技术实施例提供的交联聚合物电解质的聚合反应和结构式。其中，1≤n≤
200。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，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方式，都属于本专利技术保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施方式。基于本专利技术中的实施方式，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方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]本专利技术提供一种交联聚合物固态电解质，包括聚合单体、交联剂、引发剂及锂盐；所述聚合单体为1,3二氧戊环及其衍生物；所述交联剂为季戊四醇缩水甘油醚及其衍生物。1,3二氧戊环及其衍生物具有良好的锂盐溶解能力，季戊四醇缩水甘油醚及其衍生物不仅具有良好的交联结构，同时其结构中的三元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交联聚合物固态电解质，其特征在于，包括聚合单体、交联剂、引发剂及锂盐；所述聚合单体为1,3二氧戊环及其衍生物；所述交联剂为季戊四醇缩水甘油醚及其衍生物。2.根据权利要求1所述的交联聚合物固态电解质，其特征在于，所述1,3二氧戊环及其衍生物选自1,3二氧戊环、甲基环氧乙烷、四氢呋喃、1,4
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二恶烷、1,3,5
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三恶烷中的一种。3.根据权利要求1所述的交联聚合物固态电解质，其特征在于，所述季戊四醇缩水甘油醚及其衍生物选自季戊四醇缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、三羟基甲基丙烷三缩水甘油醚中的一种。4.根据权利要求1所述的交联聚合物固态电解质，其特征在于，所述引发剂为四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂及其衍生物中的至少一种。5.根据权利要求1所述的交联聚合物固态电解质...

【专利技术属性】
技术研发人员：董全峰，范镜敏，郑明森，李晨，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：