一种聚合物电解质及电池的制备方法技术

本发明专利技术涉及电池领域，更具体地，涉及一种聚合物电解质及电池的制备方法。该聚合物电解质的制备方法包括：制备纤维素气凝胶；原位制备聚合物电解质前驱体溶液，所述电解质前驱体为锂盐与聚合物；原位聚合制备聚合物电解质，将所述纤维素气凝胶与所述聚合物电解质前驱体混合，得到所述聚合物电解质。聚合物电解质在纤维素气凝胶中原位聚合，有效的避免了固态电池中固态电解质与电极的界面问题，保障了电池具有优异的电化学稳定性以及优良的电化学性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物电解质及电池的制备方法


[0001]本专利技术涉及电池领域，更具体地，涉及一种聚合物电解质及电池的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，传统锂离子电池因采用有机液态电解质导致状况频发，安全问题令人担忧，传统锂电池的安全问题已经引起人们的高度重视。目前固态锂电池的呼声日益强烈，两者本质的区别在于电解质的形态，固态电池在省去隔膜的同时电解质为固态，而液态电池其电解质则为液态。固态电池因其不含任何易燃易爆的有机溶剂，在实现高能量密度的同时极大的提升了电池的安全性。
[0003]然而目前固态锂电池产业化的关键瓶颈是固体电解质与电极材料界面接触性差以及室温下离子电导率较低。原位聚合物电解质既有固态电解质高安全性的特点，又解决了固态电解质界面接触性差的问题。目前原位凝胶聚合物电解质主要包括PDOL等高分子材料，但是这些材料均需要合适的隔膜材料辅助高分子聚合物成膜。
[0004]因此，为了秉持绿色可持续发展的理念，专利技术一种安全高效的原位纤维素气凝胶聚合物电解质是继续解决的问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种聚合物电解质的制备方法，包括：
[0006]制备纤维素气凝胶；
[0007]原位制备聚合物电解质前驱体溶液，所述电解质前驱体为锂盐与聚合物；
[0008]原位聚合制备聚合物电解质，将所述纤维素气凝胶与所述聚合物电解质前驱体混合，得到所述聚合物电解质。
[0009]进一步地，所述原位制备聚合物电解质前驱体溶液包括：
[0010]将锂盐溶解至所述聚合物的单体中，加入引发剂，混合得到所述聚合物电解质前驱体溶液，其中，所述单体、锂盐及引发剂的摩尔比为100：10：1～500：25：1。
[0011]进一步地，所述单体为酯类；
[0012]进一步地，所述单体为甲基丙烯酸甲酯、碳酸亚乙烯酯；
[0013]进一步地，所述锂盐为双氟磺酰亚胺锂或双氟草酸硼酸锂中的至少一种；
[0014]进一步地，所述引发剂为偶氮二异丁腈、2
‑
羟基
‑
4'
‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮中的至少一种。
[0015]进一步地，所述制备纤维素气凝胶包括：
[0016]将纤维素纳米纤维与水混合，加入聚乙烯醇加热搅拌，冷却后加入酸调节pH值为4～5.5，经过冷冻干燥得到所述纤维素气凝胶。
[0017]进一步地，所述纤维素纳米纤维、水及聚乙烯醇的质量比为5～10：60
‑
65：0.32～0.61；
[0018]进一步地，所述酸为弱酸；优选为醋酸、碳酸、柠檬酸、磷酸中的至少一种；
[0019]进一步地，所述加热温度为50℃
‑
90℃，搅拌时间为1
‑
5h；
[0020]进一步地，所述冷却干燥包括：将溶液于﹣30℃至
‑
10℃预冷冻1
‑
3h，成型后在﹣30℃至
‑
10℃、10
‑
30Pa条件下冷冻干燥8
‑
15h。
[0021]进一步地，所述混合加热的条件为：温度为50
‑
70℃，加热时间为5
‑
8h；
[0022]进一步地，所述聚合物电解质前驱体溶液与纤维素气凝胶的摩尔比为50：1～500：1。
[0023]另一方面，还提供一种聚合物电解质，所述聚合物电解质以纤维素气凝胶为骨架，以原位聚合物与锂盐的混合物为填充物。
[0024]进一步地，所述原位聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸亚乙烯酯中的至少一种；
[0025]进一步地，所述锂盐为双氟磺酰亚胺锂或双氟草酸硼酸锂中的至少一种；
[0026]进一步地，所述聚合物与锂盐的摩尔比为10～25：1。
[0027]进一步地，所述填充物与骨架的摩尔比为50：1～500：1。
[0028]另一方面，还提供一种电池的制备方法，包括：
[0029]制备纤维素气凝胶；
[0030]原位制备聚合物电解质前驱体溶液，所述电解质前驱体为锂盐与聚合物；
[0031]将所述纤维素气凝胶置于正极，将所述聚合物电解质前驱体滴加至所述纤维素气凝胶上，在所述正极原位聚合形成电池。
[0032]本专利技术具有以下优点：
[0033]1、纤维素是一种天然的环境友好型材料，由此纤维素气凝胶为骨架制备的聚合物电解质，具有优异热稳定性、较高的离子电导率，极强的安全性能，既解决了固态电池中固态电解质与电极界面接触的问题又提高了固态电池的电化学性能。相较于传统的PP、PE隔膜，纤维素气凝胶具有更均一的孔径结构，同时具有优异的热力学稳定性，其在高温环境下表现出相较于PP、PE隔膜。
[0034]2、纤维素气凝胶孔隙中含有大量的锂盐和聚合物的混合物，可以有效的抑制锂枝晶。
[0035]3、聚合物电解质在纤维素气凝胶中原位聚合，有效的避免了固态电池中固态电解质与电极的界面问题，保障了电池具有优异的电化学稳定性以及优良的电化学性能。
[0036]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0037]附图用来提供对本专利技术技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本专利技术的技术方案，并不构成对本专利技术技术方案的限制。
[0038]图1是本专利技术一个实施例的制备步骤；
[0039]图2是实施例1中原位制备固态电池示意图；
[0040]图3是纤维素气凝胶在固态电池中应用示意图。
具体实施方式
[0041]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0042]本专利技术的一实施例中提供一种聚合物电解质的制备方法，如图1所示，
[0043]步骤1，制备纤维素气凝胶：将适量的纤维素纳米纤维在去离子水中混合均匀，随后添加适量的聚乙烯醇加热搅拌，冷却后加入适量的酸，调节pH值为4～5.5，经过冷冻干燥后得到纤维素气凝胶；
[0044]步骤2，原位制备聚合物电解质前驱体溶液，将适量锂盐溶解至单体中，搅拌均匀后添加适量的引发剂，混合均匀得到聚合物电解质前驱体溶液；
[0045]步骤3，原位聚合制备固态电解质，将适量上述聚合物前驱体溶液加入纤维素气凝胶中，在烘箱中加热得到聚合物电解质。
[0046]其中，步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括：制备纤维素气凝胶；原位制备聚合物电解质前驱体溶液，所述电解质前驱体为锂盐与聚合物；原位聚合制备聚合物电解质，将所述纤维素气凝胶与所述聚合物电解质前驱体混合，得到所述聚合物电解质。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述原位制备聚合物电解质前驱体溶液包括：将锂盐溶解至所述聚合物的单体中，加入引发剂，混合得到所述聚合物电解质前驱体溶液，其中，所述单体、锂盐及引发剂的摩尔比为100：10：1～500：25：1。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述单体为酯类；所述单体优选为甲基丙烯酸甲酯、碳酸亚乙烯酯；和/或所述锂盐为双氟磺酰亚胺锂或双氟草酸硼酸锂中的至少一种；和/或所述引发剂为偶氮二异丁腈、2
‑
羟基
‑
4'
‑
(2
‑
羟乙氧基)
‑2‑
甲基苯丙酮中的至少一种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备纤维素气凝胶包括：将纤维素纳米纤维与水混合，加入聚乙烯醇加热搅拌，冷却后加入酸调节pH值为4～5.5，经过冷冻干燥得到所述纤维素气凝胶。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纤维素纳米纤维、水及聚乙烯醇的质量比为5～10：60
‑
65：0.32～0.61；和/或所述酸为弱酸；优选为醋酸、碳酸、柠檬酸、磷酸中的至少一种；和/或所述加...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕嘉兴，沈康，谭元忠，张兵，陆盈盈，
申请(专利权)人：浙江新安化工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：