含制造技术

本发明专利技术公开了含

【技术实现步骤摘要】
含POSS的硼酸酯单离子导体聚合物凝胶电解质膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及新能源固态电解质领域，具体为含
POSS
的硼酸酯单离子导体聚合物凝胶电解质膜及其制备方法
。

技术介绍

[0002]锂金属具有极高的理论比容量
(3860mAhg
‑1)
，低的电极电位
(
相对于标准氢电极为
‑
3.04V)。
锂金属电池采用锂金属作为负极，是目前所有二次电池中能量密度最大的电池
。
全固态电解质避免了电池漏液的风险，电池的安全性能得到提高
。
但传统的固态电解质往往存在着室温离子电导率低
(<10
‑6Scm
‑1，
25℃)
，锂离子迁移数低以及与电极之间的接触较差和阻抗过大等问题
。
[0003]单离子导体聚合物电解质具有其他电解质无法企及的高锂离子迁移数，其锂离子迁移数可接近于
1。
但其体系中锂离子的浓度较低，室温离子电导率偏低，且与电极间的相容性较差，这些都大大限制了其实际应用
。
因此如何提高单离子导体聚合物电解质的离子电导率受到许多研究者的关注
。
[0004]常用于提高单离子导体聚合物电解质的离子电导率的方法有两种，添加增塑剂或者锂盐，如
PC
，
DOL
，
DMC
等有机电解液，从而使聚合物吸收电解液后形成介于液态和固态电解质的凝胶电解质；另外一种途径是添加纳米无机颗粒或无机陶瓷电解质形成复合电解质
。
但是无机颗粒容易团聚且与电极界面接触性差，存在有机相与无机相两相之间存在界面阻抗大和相容性不好的问题，导致离子电导率仍然过低，存在锂枝晶，电解质与电极间相容性不理想
。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种硼酸酯单离子导体单体及其制备方法，并将该物质应用于含
POSS
的硼酸酯单离子导体聚合物凝胶电解质膜的制备中，获得了一类特殊的有机无机杂化电解质，兼具
POSS
和单离子导体电解质优点，且兼具复合电解质和凝胶电解质优点，，既具有高的迁移数，又具有离子电导率和优异的界面稳定性
。
[0006]本专利技术目的之一，在于提供一种硼酸酯单离子导体单体，具体技术方案如下：
[0007]一种硼酸酯单离子导体单体，包括双烯丙基丙二酸硼酸酯锂盐，结构中具有含两个双键，具体结构式为：
[0008][0009]本专利技术目的之二，在于提供上述双烯丙基丙二酸硼酸酯锂盐的制备方法，具体技术方案如下：
[0010]一种双烯丙基丙二酸硼酸酯锂盐的合成方法，具体步骤为：
[0011]将硼酸
、
碳酸锂和烯丙基二酸置于无水乙腈中，在保护气氛
、
反应温度
60
～
90℃
条件下反应，反应时间为
10
～
18h
，然后经过冷却
、
过滤
、
洗涤
、
第一次干燥处理后得到双烯丙基丙二酸硼酸酯锂盐
。
[0012]本专利技术目的之三，在于提供一种含
POSS
的硼酸酯单离子导体聚合物电解质，具体技术方案如下：
[0013]一种含
POSS
的硼酸酯单离子导体聚合物电解质，结构中包括：
POSS
结构
、
硼酸酯结构和富含
EO
链段的单离子导体聚合结构，所述含
POSS
的硼酸酯单离子导体电解质中乙氧基与锂离子的摩尔比6～
18:1。
[0014]本专利技术目的之四，在于提供一种含
POSS
的硼酸酯单离子导体聚合物电解质的制备方法，具体技术方案如下：
[0015]一种含
POSS
的硼酸酯单离子导体聚合物凝胶电解质的制备方法，通过光引发固化和热引发固化相结合的方法进行原位固化，包括如下步骤：
[0016]S1、
将原料各组分溶解于溶剂溶液中，搅拌混合均匀配置为混合液，所述原料包括：作为聚合单体的硼酸酯单离子导体单体
、
聚乙二醇二丙烯酸酯和含双键的笼型聚倍半硅氧烷，作为支撑增强材料的聚
(
偏氟乙烯
‑
六氟丙烯
)
，作为交联剂的含四个双键官能团的物质，以及引发剂，所述引发剂包含热引发剂和光引发剂的；
[0017]S2、
将所述混合液进行紫外光照射处理进行光引发固化处理，得到光照预聚物；
[0018]S3、
将所述光照预聚物进行脱除溶剂处理后再进行热引发固化处理，得到初始薄膜；
[0019]S4、
将所述初始薄膜进行洗涤处理，得到洗涤薄膜；
[0020]S5、
将所述洗涤薄膜进行第二次干燥处理，得到所述含
POSS
的硼酸酯单离子导体聚合物电解质
。
[0021]进一步的，以质量份数计，各物质的用量具体为：
[0022]所述聚
(
偏氟乙烯
‑
六氟丙烯
)
：
10
～
25
份；
[0023]所述聚乙二醇二丙烯酸酯：
10
～
45
份；
[0024]所述含四个双键的交联剂：
10
～
35
份；
[0025]所述含两个双键的硼酸酯锂盐：
10
～
35
份；
[0026]所述含双键的笼型聚倍半硅氧烷：不大于
15
份
[0027]所述光引发剂：不大于
0.04
份；
[0028]所述热引发剂：不大于
0.06
份
。
[0029]更进一步的，所述硼酸酯单离子导体单体选用双烯丙基丙二酸硼酸酯锂盐或双顺丁烯二酸硼酸酯锂盐中的一种；所述含双键的
POSS
物质选用七异丁基甲基丙烯酰氧丙基笼型聚倍半硅氧烷
、
七异辛基甲基丙烯酰氧丙基笼型聚倍半硅氧烷
、
七苯基乙烯基笼型聚倍半硅氧烷或七苯基烯丙基笼型聚倍半硅氧烷中的一种；所述含四个双键官能团的物质选用季戊四醇四
(
巯基乙酸
)
酯或季戊四醇甲基丙烯酸四酯；所述光引发剂选用安息香二乙醚；所述热引发剂选用偶氮二异丁腈
。
[0030]进一步的，所述溶剂溶液为：
N,N
‑
二甲基甲酰胺
、
乙腈或异丙醇中的两种组成的混合溶液
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种硼酸酯单离子导体单体，其特征在于，包括双烯丙基丙二酸硼酸酯锂盐，所述双烯丙基丙二酸硼酸酯锂盐的结构中具有含两个双键，具体结构式为：
2.
双烯丙基丙二酸硼酸酯锂盐的制备方法，用于合成权利要求1所述的双烯丙基丙二酸硼酸酯锂盐，其特征在于，将硼酸
、
碳酸锂和烯丙基二酸置于无水乙腈中，在保护气氛
、
反应温度
60
～
90℃
条件下反应，反应时间为
10
～
18h
，然后经过冷却
、
过滤
、
洗涤
、
第一次干燥处理后得到双烯丙基丙二酸硼酸酯锂盐
。3.
一种含
POSS
的硼酸酯单离子导体聚合物电解质，其特征在于，所述含
POSS
的硼酸酯单离子导体聚合物电解质结构中包括：
POSS
结构
、
硼酸酯结构和富含
EO
链段的单离子导体聚合结构，所述含
POSS
的硼酸酯单离子导体电解质中乙氧基与锂离子的摩尔比6～
18:1。4.
含
POSS
的硼酸酯单离子导体聚合物电解质的制备方法，用于合成权利要求3所述的含
POSS
的硼酸酯单离子导体聚合物电解质，其特征在于，通过光引发固化和热引发固化相结合的方法进行原位固化，包括如下步骤：
S1、
将原料各组分溶解于溶剂溶液中，搅拌混合均匀配置为混合液，其中，所述原料包括，作为聚合单体的硼酸酯单离子导体单体
、
聚乙二醇二丙烯酸酯和含双键的笼型聚倍半硅氧烷，作为支撑增强材料的聚
(
偏氟乙烯
‑
六氟丙烯
)
，作为交联剂的含四个双键官能团的物质，以及引发剂，所述引发剂包括热引发剂和光引发剂的；
S2、
将所述混合液进行紫外光照射处理进行光引发固化处理，得到光照预聚物；
S3、
将所述光照预聚物进行脱除溶剂处理后再进行热引发固化处理，得到初始薄膜；
S4、
将所述初始薄膜进行洗涤处理，得到洗涤薄膜；
S5、
将所述洗涤薄膜进行第二次干燥处理，得到所述含
POSS
的硼酸酯单离子导体聚合物电解质
。5.
根据权利要求4所述的含
POSS
的硼酸酯单离子导体聚合物电解质的制备方法，其特征在于，以质量份数计，各物质的用量具体为：所述聚
(
偏氟乙烯
‑
六氟丙烯
)
：
10
～
25
份；所述聚乙二醇二丙烯酸酯：
10
～
45
份；所述含四个双键的交联...

【专利技术属性】
技术研发人员：付继芳，曾兴发，魏向荣，丁煜，王骁，陈立亚，贾蓉蓉，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：