一种制造技术

本发明专利技术公开了一种

【技术实现步骤摘要】
一种MXene杂化聚合物电解质及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种固体聚合物电解质及其制备方法，具体涉及一种
MXene
杂化聚合物电解质及其制备方法，属于固体电解质

。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为重要的储能技术已应用于各种便携式电子设备和电动汽车领域
。
相比于镍镉电池电池来说有着较好的电池容量，比较高的工作电压，同时锂电池还有着较好的循环寿命与安全性，体积小重量轻，可以适用与各种穿戴设备，有着较好的发展前景
。
但是传统的锂离子电池是由锂盐和液态的有机溶剂组成的，锂盐价格较高导致锂离子电池有着较高的成本，并且在使用的过程中有机溶剂还存在着泄露的风险，导致锂二次电池在过度充放
、
短路
、
过热和受剧烈撞击情况中易着火或爆炸，造成了很大的安全隐患
。
[0003]为了克服上述这些问题，人们开发了固态电解质来代替液态电解质，从而有效地保证电池的安全性
。
与液态电解质相比，固态电解质具有不挥发
、
耐高温
、
不腐蚀
、
不爆炸等优点，与金属锂的反应活性大大降低
。
此外，固态电解质可以抑制锂枝晶的生长，其安全性能远高于液态电解质，促进了锂电池的安全商用
。
用固态电解质取代传统锂电池中的电解质和隔膜，实现安全
、
高能量密度的锂电池，已成为研究人员的热门研究课题
。r/>[0004]然而这种聚合物电解质也存在电导率较低，界面稳定性差等特点
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中聚合物电解质存在电导率较低的问题，本专利技术的第一个目的是在于提供一种在室温下具有较高离子导电率和界面稳定性的固态聚合物电解质材料
。
[0006]本专利技术的第二个目的是在于提供一种
MXene
杂化聚合物电解质的制备方法，该方法具有步骤简单
、
条件温和等优点
。
[0007]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种
MXene
杂化聚合物电解质，包括
MXene
接枝3‑
(
三甲氧基甲硅基
)
丙烯酸丙酯
‑
聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯无规共聚物和锂盐
。
[0008]本专利技术的
MXene
杂化聚合物电解质具有较高的离子导电率的原因主要是电解质中存在
MXene
接枝3‑
(
三甲氧基甲硅基
)
丙烯酸丙酯
‑
聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯无规共聚物，一方面由于该共聚物的分子链上存在大量的醚氧原子，而醚氧原子可以与电解质中锂盐提供的锂离子进行配位，通过锂
‑
氧键的不断断裂
/
形成过程，使得电解质中的锂离子传输通过链内或链间环箍进行；另一方面该共聚物的分子链中存在的
MXene
具有比较稳定的片层结构，可以为锂离子传输提供通道，从而提升锂离子迁移数；同时，由于
MXene
的引入，降低了共聚物的结晶度，从而进一步提高了锂离子的传输速率
。
[0009]作为一个优选的方案，所述
MXene
接枝3‑
(
三甲氧基甲硅基
)
丙烯酸丙酯
‑
聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯无规共聚物具有式1的结构式：
[0010][0011]其中，
x
为
15
～
25
，
m/n
的比值为
(10
～
50)
：
1。
[0012]作为一种优选的方案，所述
MXene
接枝3‑
(
三甲氧基甲硅基
)
丙烯酸丙酯
‑
聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯无规共聚物和锂盐的摩尔比为
(15
～
20)
：
1。
[0013]作为一种优选的方案，所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂
。
[0014]本专利技术还提供了一种
MXene
杂化聚合物电解质的制备方法，该方法是将
MXene
接枝3‑
(
三甲氧基甲硅基
)
丙烯酸丙酯
(
γ
‑
TPA
‑
g
‑
MXene)
与聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯
(PEGMEM)
通过自由基聚合反应，得到
MXene
接枝3‑
(
三甲氧基甲硅基
)
丙烯酸丙酯
‑
聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯无规共聚物
(PEGMEM
‑
grafted MXene)
，将所述
MXene
接枝3‑
(
三甲氧基甲硅基
)
丙烯酸丙酯
‑
聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯无规共聚物与锂盐混合，即得
。
[0015]其中
γ
‑
TPA
‑
g
‑
MXene
与
PEGMEM
的化学反应结构式如下式2所示：
[0016][0017]作为一种优选的方案，所述
MXene
接枝3‑
(
三甲氧基甲硅基
)
丙烯酸丙酯与聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯的质量比为
(1
～
5)
：
100。
本专利技术中所加入的3‑
(
三甲氧基甲硅基
)
丙烯酸丙酯化学改性后的
MXene
用量直接影响所制备的固体电解质的电导率大小
。
[0018]作为一种优选的方案，所述自由基聚合反应的条件为：在保护气氛下，通过引发剂聚合反应，在
60
～
80℃
下，聚合反应6～
8h。
本专利技术所用保护气氛为氩气，所用引发剂为偶氮二异丁腈
(AIBN)。
[0019]作为一种优选的方案，所述
MXene
接枝3‑
(
三甲氧基甲硅基
)
丙烯酸丙酯由3‑
(
三甲氧基甲硅基
)
丙烯酸丙酯在酸性条件下与
MXene
通过水解缩合反应得到
。
[0020]本专利技术技术方案中对于
MXene
进行化学改性是关键步骤，通过3‑
(
三甲氧基甲硅
基
)
丙烯酸丙酯中的硅氧甲基基团本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
MXene
杂化聚合物电解质，其特征在于：包括
MXene
接枝3‑
(
三甲氧基甲硅基
)
丙烯酸丙酯
‑
聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯无规共聚物和锂盐；所述
MXene
接枝3‑
(
三甲氧基甲硅基
)
丙烯酸丙酯
‑
聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯无规共聚物具有式1的结构式：其中，
x
为
15
～
25
，
m/n
的比值为
(10
～
50)
：
1。2.
根据权利要求1所述的一种
MXene
杂化聚合物电解质，其特征在于：
MXene
接枝3‑
(
三甲氧基甲硅基
)
丙烯酸丙酯
‑
聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯无规共聚物和锂盐的摩尔比为
(15
～
20)
：
1。3.
根据权利要求1或2所述的一种
MXene
杂化聚合物电解质，其特征在于：所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂
。4.
权利要求
1、2
或3所述的一种
MXene
杂化聚合物电解质的制备方法，其特征在于：将
MXene
接枝3‑
(
三甲氧基甲硅基
)
丙烯酸丙酯与聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯通过自由基聚合反应，得到
MXene
接枝3‑
(
三甲氧基甲硅基
)
丙烯酸丙酯
‑
聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯无规共聚物，将所述
MXene
接枝3‑
(
三甲氧基甲硅基
)
丙烯酸丙酯
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锦芳，张根延，朱柯新，郭万杨，李晓峰，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：