一种原位聚合制造技术

本发明专利技术涉及一种原位聚合

【技术实现步骤摘要】
一种原位聚合PMMA/TPU基双填料聚合物凝胶电解质及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电化学储能电池
，具体涉及一种原位聚合
PMMA/TPU
基双填料聚合物凝胶电解质及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]传统液态电解质具有高离子电导率和良好的界面相容性等优点，但是易挥发
、
易燃性以及对锂金属的不稳定性限制了其在高能量密度电池中的应用
。
固态电解质可以解决易挥发
、
易燃性和锂金属在液态电解质中不稳定带来的问题，并且无机固态电解质具有不易燃
、
电化学稳定窗口宽和离子电导率较高的等优点，固态聚合物电解质拥有高安全性
、
高成膜性和低成本等优点
。
然而，无机固态电解质存在界面相容性差的问题，固态聚合物电解质在室温下表现出差的离子电导率，这严重阻碍了实际应用
。
[0003]凝胶电解质作为液态电解质和固态电解质的中间态，是液体与固体混合的半固态电解质，减少了有机液体电解质因漏液引发的电极腐蚀
、
氧化燃烧等生产安全问题
。
由于聚合物基体本身的结晶度高，室温下限制了链段运动，使得锂离子传输速率降低
。
此外，凝胶电解质中液态成分的存在使得聚合物本身的机械性能降低
。
有机填料的加入可以降低聚合物的结晶度，但是结晶度的降低往往会伴随着机械性能的弱化
。
无机填料的加入可以提升聚合物的机械性能，但是在基体内的不均匀分散容易造成锂离子传输缓慢不均匀，诱发锂枝晶的生长
。
因此，制备室温下兼具高离子电导率和高机械性能的凝胶电解质是迫切需要的
。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决室温下凝胶电解质离子电导率低
、
机械性能低等技术问题，而提供一种
PMMA/TPU
薄膜作为基体，铝掺杂锂镧锆氧
(LALZO)
和纳米埃洛石
(HNT)
为无机填料的增韧的高离子电导率的凝胶电解质及其制备方法，以及在锂金属电池中的应用
。
[0005]为了实现上述技术问题，本专利技术采取了以下的技术方案：
[0006]本专利技术的目的在于提供一种原位聚合
PMMA/TPU
基双填料聚合物凝胶电解质的制备方法，具体是按下述步骤进行的
:
[0007]步骤1，将甲基丙烯酸甲酯
(MMA)、
热塑性聚氨酯
(TPU)
加入到溶剂中，搅拌至热塑性聚氨酯
(TPU)
溶解，加入引发剂，密闭条件下搅拌，水浴加热，再加入混合均匀的铝掺杂锂镧锆氧
(LALZO)、HNT
粉末和
PC
，密闭条件下搅拌至均匀；再加入锂盐，密闭条件下搅拌至混合均匀，得到混合溶液
[0008]步骤2，将前述步骤1获得混合溶液置于
PTFE
培养皿中，于高温下聚合和处理，得到聚合物复合膜；将聚合物复合膜浸入电解液中，即得复合凝胶电解质膜
。
[0009]进一步地限定，步骤1中，所述铝掺杂锂镧锆氧
(LALZO)
粉末的直径为
300nm。
[0010]进一步地限定，步骤1中，所述引发剂为偶氮二异丁腈
(AIBN)
或过氧化二苯甲酰
(BPO)。
[0011]进一步地限定，步骤1中，所述搅拌均为磁力搅拌，速度控制在
450r/min
～
600r/min。
[0012]更进一步地限定，引发剂加入后磁力搅拌的时间为
1h
～
2h
，水浴加热温度为
55℃
～
65℃。
[0013]进一步地限定，步骤1中，当所述锂盐可以为双三氟甲磺酰亚胺锂
(LiTFSI)、
六氟磷酸锂
(LiPF6)、
高氯酸锂中的任意一种
。
[0014]进一步地限定，步骤1中，甲基丙烯酸甲酯与热塑性聚氨酯的质量比为
(3
：
2)
～
(4
：
1)。
[0015]进一步地限定，步骤1中所述溶剂为
N,N
‑
二甲基甲酰胺
、N
‑
甲基吡咯烷酮
、
四氢呋喃
、
丙酮中的一种或其中几种任意比的混合中的一种或几种混合
。
[0016]更进一步地限定，溶剂加入量为聚合物质量的
10
～
30
倍
。
[0017]进一步地限定，步骤1中，所述甲基丙烯酸甲酯
、
热塑性聚氨酯
、
引发剂
、LALZO、HNT、
聚碳酸酯
(PC)
和锂盐的质量比为
1∶(0.5
～
1)∶(0.01
～
0.05)∶(0.1
～
1)∶(0.1
～
0.2)∶(0.1
～
0.2)
，引发剂的用量为聚合单体质量的
0.05
％～
0.1
％
。
[0018]进一步地限定，步骤2所述电解液为二次电解液，配方为
1.0MLiPF6在
EC:DEC
＝1：
1Vol
％
。
[0019]进一步地限定，步骤2制成薄膜的操作过程为：将混合溶液注入
PTFE
培养皿中，置于鼓风干燥箱中，预聚合；先鼓风烘干，再真空干燥，待冷却置室温后，得到聚合物复合膜
。
[0020]进一步地限定，步骤2中，
MMA
单体预聚合的温度及时间分别为
60℃
～
70℃、20min
～
30min。
[0021]进一步地限定，步骤2中，鼓风烘干的温度和时间分别为
50
～
60℃、5
～
7h。
[0022]进一步地限定，步骤2中，真空烘干的温度和时间分别为
50
～
60℃、24
～
28h。
[0023]进一步地限定，步骤2中，原位聚合凝胶化混合溶液注入量为
0.15g/cm2～
0.2g/cm2。
[0024]一种上述任意方法制备的
PMMA
复合凝胶电解质
。
[0025]一种上述任意方法制得的凝胶电解质膜或上述凝胶电解质膜在锂金属电池中的应用
。
[0026]与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0027]本专利技术采用原位聚合的方法，将甲基丙烯酸甲酯...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种原位聚合
PMMA/TPU
基双填料聚合物凝胶电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
1、
将甲基丙烯酸甲酯
、
热塑性聚氨酯加到溶剂中，密闭条件下搅拌至溶解，再加入引发剂，继续搅拌并在密闭条件下水浴加热至少
1h
，再加入混合均匀的铝掺杂锂镧锆氧
(LALZO)、HNT
和
PC
，密闭条件下搅拌，再加入锂盐，密闭条件下搅拌至均匀，得到混合溶液；步骤
2、
将步骤1获得的混合溶液制成薄膜，制膜过程中先预聚合，再鼓风挥干后真空挥干，然后浸入电解液中，即得凝胶电解质
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，锂盐为双三氟甲磺酰亚胺锂
、
六氟磷酸锂或高氯酸锂中的任意一种
。3.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述引发剂为过氧化二苯甲酰或偶氮二异丁腈
。4.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述甲基丙烯酸甲酯
、
热塑性聚氨酯
、LALZO、HNT、PC
和锂盐的质量比为
1∶(0.5
～
1)∶(0.1
～
1)∶(0.01
～
0.05)∶(0.1
～
0.2)∶(0.1
～
0.2)
，引发剂的用量为聚合单体质量的
0.05

【专利技术属性】
技术研发人员：李宇寒，王迪，付振瑜，张薇雅，黄立蓉，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：