一种杂原子凝胶聚合物电解质薄膜及其制备装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种杂原子凝胶聚合物电解质薄膜及其制备装置和方法，本发明专利技术通过多臂星型交联剂与不饱和单体在高浓度离子液体和电解液中连续非水解无规共聚反应，以及共聚物与聚偏氟乙烯

【技术实现步骤摘要】
一种杂原子凝胶聚合物电解质薄膜及其制备装置和方法


[0001]本专利技术属于储能及动力电池
，具体涉及一种杂原子凝胶聚合物电解质薄膜及其制备装置和方法
。

技术介绍

[0002]固态电解质在抑制爆炸风险和限制枝晶形成等方面的巨大优势，与此同时，固态电解质的热和电化学稳定性好，在制造方面也有巨大的优势，因此固态电解质已经成为下一代电池研究方向的热点
。
但传统固态电解质最大的问题是离子电导率和金属离子转移系数不够高
(
约为
0.2)
，同时大部分的固态电解质，尤其是固态聚合物电解质，难以与高电压正极匹配，限制了固态电解质的发展应用
。
[0003]固态聚合物电解质分为全固态聚合物基电解质和凝胶聚合物基电解质，二者离子传导机理不同，全固态聚合物基电解质是通过与聚合物主链的取代基相互作用来传导离子，如
CN113067030A
；而凝胶聚合物基电解质主要在溶剂或增塑剂聚离子液体中传导离子，如
CN113839145A
，由于聚离子液体具有独特的锂
‑
阴离子
‑
聚阳离子共配位结构，因此在低盐浓度的情况下，凝胶聚合物基电解质的离子电导率依旧能够随着盐浓度的增加而增加，这一特性使得由其制备的凝胶聚合物电解质与传统的全固态聚合物基电解质有很大的不同
(
低浓度下由于配位作用占主导，因此电导率在低浓度下与盐浓度负相关
)。
[0004]然而，在通过增大聚合物
/
溶剂比例以提高电解质膜的力学强度时，会因凝胶聚合物基电解质具有上述离子传导机理而导致其室温离子电导率降低，即在凝胶聚合物基电解质中存在机械性能和室温离子电导率相互矛盾的问题，为此，本专利技术提供了一种杂原子凝胶聚合物电解质薄膜及其制备装置和方法
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供了一种杂原子凝胶聚合物电解质薄膜及其制备装置和方法，通过结构设计使所述杂原子凝胶聚合物电解质薄膜兼具高室温锂离子电导率
、
优异力学性能
、
高压正极的兼容性和不可燃性；同时所述的制备方法简单易操作，有利于实现凝胶聚合物电解质的规模化制备；所述的制备装置能制备成型效果好的杂原子凝胶聚合物电解质薄膜，基于所述杂原子凝胶聚合物电解质薄膜组装的固态锂电池也相应具有较好的电化学性能和安全性
。
[0006]本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：
[0007]本专利技术提供了一种杂原子凝胶聚合物电解质薄膜的制备方法，包括如下步骤：
[0008]S1、
将锂盐加入咪唑类离子液体中，得到
A
溶液；
[0009]S2、
将多臂星型交联剂与不饱和单体混合搅拌后形成溶液，再加入引发剂，得到
B
溶液；
[0010]S3、
将聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯
(PVDF
‑
HFP)
加入极性有机溶剂中，得到
C
溶液；
[0011]S4、
将所述
A
溶液
、
所述
B
溶液和所述
C
溶液混合，加入电解液
(LiTFSI)
，得到凝胶聚
合物前驱体液体；
[0012]S5、
将所述凝胶聚合物前驱体液体静置，脱泡，流延成型，干燥，得到所述的杂原子凝胶聚合物电解质薄膜
。
[0013]步骤
S1
中，所述锂盐为
LiTFSI、LiFSI
，
LiBOB
和
LiFOB
中的一种或几种
。
[0014]步骤
S1
中，所述咪唑类离子液体为1‑
乙烯基
‑3‑
丁基咪唑三氟甲烷磺酰亚胺盐
、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐和1‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐中的一种或者多种
。
[0015]步骤
S1
中，所述咪唑类离子液体使用前先进行干燥处理；所述干燥的操作如下：将分子筛加入所述咪唑类离子液体中，静置
24h
，取上层去除水分的咪唑类离子液体
。
[0016]所述分子筛为分子筛
3A、4A、5A
中的一种或几种
。
[0017]所述分子筛的用量为所述咪唑类离子液体质量的2～
100
％
。
[0018]步骤
S1
中，所述锂盐与所述咪唑类离子液体混合搅拌的条件为：惰性气氛下，温度为
60
～
80℃
，时间为1～
4h。
[0019]步骤
S1
中，所述
A
溶液中，所述锂盐的摩尔浓度为2～
12M。
[0020]步骤
S2
中，所述多臂星型交联剂为季戊四醇三丙烯酸酯
、
季戊四醇四
‑3‑
巯基丙酸酯和
2,2
‑
双
((
丙烯酰氧基
)
甲基
)
丙烷
‑
1,3
‑
二丙烯酸二乙酯中的一种或多种
。
[0021]步骤
S2
中，所述不饱和单体为聚乙二醇甲基醚丙烯酸酯和
/
或
N
‑
丙烯酰吗啉
。
所述多臂星型交联剂与所述不饱和单体的摩尔比为1：
(3
～
12)。
[0022]步骤
S2
中，所述引发剂为偶氮二异丁腈
(AIBN)、
过氧化月桂酰和异丙基过氧化氢中的一种或几种
。
所述引发剂的用量为所述不饱和单体质量的1～
8wt
％
。
[0023]步骤
S2
中，所述混合搅拌的条件为：温度
40
～
80℃
，时间1～
6h。
所得
B
溶液低温保存时间不能超过
48
小时
。
[0024]步骤
S3
中，所述极性有机溶剂为苯
、
甲苯
、
丙酮
、N
‑
甲基吡咯烷酮
、
碳酸二甲酯和乙酸异戊酯中的一种或几种
。
[0025]步骤
S3
中，所述聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯的分子量为
10000
～
1000000。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种杂原子凝胶聚合物电解质薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
将锂盐加入咪唑类离子液体中，得到
A
溶液；
S2、
将多臂星型交联剂与不饱和单体混合搅拌后形成溶液，再加入引发剂，得到
B
溶液；
S3、
将聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯加入极性有机溶剂中，得到
C
溶液；
S4、
将所述
A
溶液
、
所述
B
溶液和所述
C
溶液混合，加入电解液，得到凝胶聚合物前驱体液体；
S5、
将所述凝胶聚合物前驱体液体静置，脱泡，流延成型，干燥，得到所述杂原子凝胶聚合物电解质薄膜
。2.
根据权利要求1所述的一种杂原子凝胶聚合物电解质薄膜的制备方法，其特征在于，步骤
S1
中，所述锂盐为
LiTFSI、LiFSI
，
LiBOB
和
LiFOB
中的一种或几种；所述咪唑类离子液体为1‑
乙烯基
‑3‑
丁基咪唑三氟甲烷磺酰亚胺盐
、1
‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐和1‑
乙基
‑3‑
甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐中的一种或者多种；所述
A
溶液中，所述锂盐的摩尔浓度为2～
12M。3.
根据权利要求1所述的一种杂原子凝胶聚合物电解质薄膜的制备方法，其特征在于，步骤
S2
中，所述多臂星型交联剂为季戊四醇三丙烯酸酯
、
季戊四醇四
‑3‑
巯基丙酸酯和
2,2
‑
双
((
丙烯酰氧基
)
甲基
)
丙烷
‑
1,3
‑
二丙烯酸二乙酯中的一种或多种；所述不饱和单体为聚乙二醇甲基醚丙烯酸酯和
/
或
N
‑
丙烯酰吗啉；所述多臂星型交联剂与所述不饱和单体的摩尔比为1：
(3
～
12)。4.
根据权利要求1所述的一种杂原子凝胶聚合物电解质薄膜的制备方法，其特征在于，步骤
S2
中，所述引发剂为偶氮二异丁腈
、
过氧化月桂酰和异丙基过氧化氢中的一种或几种；所述引发剂的用量为所述不饱和单体质量的1～
18
％
。5.
根据权利要求1所述的杂原子凝胶聚合物电解质薄膜的制备方法，其特征在于，步骤
S3
中，所述极性有机溶剂为苯
、
甲苯
、
丙酮
、N
‑
甲基吡咯烷酮
、
碳酸二甲酯和乙酸异戊酯中的一种或几种；所述聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯的分子量为
10000
～
1000000
；所述聚偏氟乙烯
‑
六氟丙烯与所述极性有机溶剂的质量比为1：
(20
～
50)。6.
根据权利要求1项所述的杂原子凝胶聚合物电解质薄膜的制备方法，其特征在于，步骤
S4
中，所述
A
溶液
、
所述
B
溶液和所述
C
溶液的体积比为1：
(2
～
4)
：
(1.5
～
5)
；以
A
溶液为基准，所述电解液的用量为5％
。7.
根据权利要求1所述的杂原子凝胶聚合物电解质薄膜的制备方法，其特征在于，步骤
S5
中，所述静置的时间为
1h
；所述脱泡的条件为：温度为
60
～
80℃
，时间为1～
2h
，超声功率为
10
～
100w
；所述干燥的条件为：真空条件下，温度为
60
～
80℃
，时间为6～
24h。8.
一种如权利要求1‑7任一项所述制备方法得到的杂原子凝胶聚合物电解质薄膜
。9.
一种固态锂电池，其特征在于，包括正极
、
负极和权利要求8所述的杂原子凝胶聚合物电解质薄膜
。10.
根据权利要求9所述的固态锂电池，其特征在于，所述固态锂电池为固态锂金属电池和固态锂离子电池；所述固态锂金属电池为钴酸锂
‑
锂金属电池或磷酸铁锂
‑
锂金属电池
。
11.
一种如权利要求8所述的杂原子凝胶聚合物电解质薄膜的制备装置，包括手套箱
(1)、
设于手套箱
(1)
内的流延成型机组
(4)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈春雨，
申请(专利权)人：安徽创速新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：