【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂金属电池，尤其是涉及一种双层全固态高性能电解质制备方法。
技术介绍
1、传统的锂电池中含有大量的有机电解液，该类电极液因其易挥发、易腐蚀、易燃易爆和热稳定性差等特点表现出较大的安全隐患。相较于液体电极液，固态电解质基于其本身不挥发，不易燃易爆等特点能从根本上解决目前锂电池在该方面的安全性问题。因此，开发基于固态电解质的全固态电池是消除上述安全隐患的根本策略。固态电解质包括无机固态电解质和聚合物固态电解质，与采用液态电解液相比，固态电解质有提高电池安全性能和抑制锂枝晶的优势。其中，聚合物电解质由于其良好的柔韧性和优异的界面接触性，易于大规模制备，和现有电池生产工艺兼容等优点，成为行业布局的热点方向。
2、对单一的聚合物电解质来说，聚合物的homo值越低，抗氧化性越好；lumo值越高，抗还原性越好。低电压稳定的peo基电解质能与锂金属负极形成稳定的钝化sei层，与锂金属负极具有较好的相容性，但无法与正极形成稳定的正极-电解质界面(cei)钝化层，peo基电解质容易被高电压正极氧化分解；相反的，聚腈类(如pan)等高电压稳定的聚合物homo足够低，能与高电压正极形成稳定的cei钝化层，却容易被锂金属负极还原。目前没有单一的聚合物作为固态电解质能够同时满足锂金属负极的强还原和高电压正极的强氧化，导致电池在循环过程中极易失活。相较于液体电解质，固态电解质可扩散性低，使得设计并制备分别能够稳定高电压正极以及低电压锂金属负极的“双层聚合物电解质”结构成为可能。双层结构固态电解质的优势在于固态聚合物电解质之间紧密接触
3、cn110048158a公开了一种原位聚合双层聚合物电解质膜及其制备方法和应用。该原位聚合双层聚合物电解质膜包括多孔膜骨架、通过原位聚合法在所述多孔膜骨架侧上形成的第一聚合物电解质层以及通过原位聚合法在所述多孔膜骨架另一侧上形成的第二聚合物电解质层。其双层聚合物电解质膜通过采用原位聚合法分别将耐氧化和低电压稳定的两种单体小分子负载于多孔膜骨架的两侧上，此类方法制备的聚合物电解质独立于电极材料，不能与电极材料形成很好的接触，导致较大的界面电阻。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种双层全固态高性能电解质制备方法。
2、本专利技术采用的技术方案是：一种双层全固态高性能电解质制备方法，分别制备包括不同聚合物单体的正极薄膜溶液和负极薄膜溶液，在正极或负极原位聚合形成正极薄膜或负极薄膜，与隔膜组装后，形成正极聚合物薄膜-隔膜-负极聚合物的双层全固态电解质结构；
3、正极薄膜溶液由兼容正极的正极聚合物单体、锂盐、无机添加剂和引发剂组成；负极薄膜溶液由兼容负极的负极聚合物单体、锂盐、无机添加剂和引发剂组成。
4、优选地，具体步骤如下：
5、步骤一：分别制备正极薄膜溶液和负极薄膜溶液，将正极聚合物单体、锂盐、无机添加剂以及引发剂混合均匀配制成正极薄膜溶液；将负极聚合物单体、锂盐、无机添加剂以及引发剂混合均匀配制成负极薄膜溶液；
6、步骤二：将正极薄膜溶液直接涂覆或喷涂在正极表面，将负极薄膜溶液直接涂覆或喷涂在负极表面；
7、步骤三：在温度为60-100℃的条件下聚合反应；
8、步骤四：将隔膜组装到正极薄膜和负极隔膜之间，形成双层全固态电解质结构。
9、优选地，正极聚合物单体为带有不饱和双键的碳酸酯类单体、砜类单体、硅氧烷类单体、磺酸类单体和季铵盐类单体中的一种或多种的组合；负极聚合物单体为带有不饱和双键的醚类单体、磷酸酯类单体和硫醚类单体类单体中的一种或多种的组合；
10、优选地，正极聚合物单体为季戊四醇四丙烯酸酯(petea)、碳酸乙烯亚乙酯(vec)、三乙二醇二甲基丙烯酸酯(tegdma)、四乙二醇二丙烯酸酯(tegda)、乙烯基三甲氧基硅烷(eetm)、烯丙基三甲基氯化铵(atac)、烯丙基磺酸钠(alc)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(amps)中的一种或多种的组合；负极聚合物单体为聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda，n≥2)、三乙二醇二甲基丙烯酸酯(tegdma)、四乙二醇二丙烯酸酯(tegda)、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯(eoeoea)、二烯丙基二硫醚(dads)和大蒜素中的一种或多种的混合。
11、优选地，正极聚合物单体中至少一种常温下呈液态；负极聚合物单体中至少一种常温下呈液态。
12、优选地，引发剂为偶氮二异丁腈(aibn)、1-((氰基-1-甲基乙基)偶氮)甲酰胺(cmab)、偶氮二异庚腈(abvn)、过氧化双十二酰(lpo)和过氧化二苯甲酰胺(bpo)中的一种。
13、优选地，锂盐为双三氟甲磺酰亚胺锂(litfsi)、双氟磺酰亚胺锂(lifsi)、环酰亚胺锂、六氟磷酸锂(lipf6)、双草酸硼酸锂(libob)、二氟草酸硼酸锂、硝酸锂(lino3)中的一种或几种；
14、无机添加剂为li1.7al0.3ti1.7(po4)3(latp)、li1.5al0.5ge1.5(po4)3(lagp)、li7la3zr2o12(llzo)、li6.4la3zr1.4ta0.6o12(llzto)、li7p3s11(lps)、li10gep2s12(lgps)、tio2、sio2中的一种或几种；
15、正极薄膜溶液与负极薄膜溶液中包括相同的锂盐或不同的锂盐，正极薄膜溶液与负极薄膜溶液中包括相同的无机添加剂或不同的无机添加剂。
16、优选地，步骤一中，将总质量分数为60.0-80.0wt％的正极聚合物单体搅拌0.5-1h，；然后加入质量分数为10.0-20.0wt％的锂盐，搅拌0.5-1h，再加入质量分数为0-30.0wt％的无机添加剂搅拌1-2h，最后加入聚合物单体质量0.1-0.5wt％的引发剂，搅拌0.5-1h，得到混合均匀的正极薄膜溶液；
17、将总质量分数为60.0-80.0wt％的负极聚合物单体搅拌0.5-1h，；然后加入质量分数为10.0-20.0wt％的锂盐，搅拌0.5-1h，再加入质量分数为0-30.0wt％的无机添加剂搅拌1-2h，最后加入聚合物单体质量0.1-0.5wt％的引发剂，搅拌0.5-1h，得到混合均匀的负极薄膜溶液。
18、一种锂金属二次电池，包括双层全固态高性能电解质制备方法制备得到的双层全固态电解质结构。
19、优选地，将正极薄膜溶液涂覆或喷涂在正极表面，负极薄膜溶液涂覆或喷涂在锂金属表面，聚合反应后，直接在正极或锂金属表明得到正极薄膜或负极薄膜，将隔膜与覆盖有正极薄膜的正极、覆盖有负极薄膜的金属锂负极组装，得到锂金属二次电池；
20、优选地，隔膜为聚对苯二甲酸乙二醋、聚对苯二甲酸丁二醋、聚乙烯、聚丙烯、聚1-丁烯、聚异丁烯、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯睛、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、纤维素、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酷、聚氨酷、聚碳酸酷、聚硫酸酷和玻璃纤维本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种双层全固态高性能电解质制备方法，其特征在于：分别制备包括不同聚合物单体的正极薄膜溶液和负极薄膜溶液，在正极或负极原位聚合形成正极薄膜或负极薄膜，与隔膜组装后，形成正极聚合物薄膜-隔膜-负极聚合物的双层全固态电解质结构；
2.根据权利要求1所述的双层全固态高性能电解质制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的双层全固态高性能电解质制备方法，其特征在于：正极聚合物单体为带有不饱和双键的碳酸酯类单体、砜类单体、硅氧烷类单体、磺酸类单体和季铵盐类单体中的一种或多种的组合；负极聚合物单体为带有不饱和双键的醚类单体、磷酸酯类单体和硫醚类单体类单体中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求3所述的双层全固态高性能电解质制备方法，其特征在于：正极聚合物单体为季戊四醇四丙烯酸酯(PETEA)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、三乙二醇二甲基丙烯酸酯(TEGDMA)、四乙二醇二丙烯酸酯(TEGDA)、乙烯基三甲氧基硅烷(EETM)、烯丙基三甲基氯化铵(ATAC)、烯丙基磺酸钠(ALC)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)中的一种或多种的组
5.根据权利要求3或4所述的双层全固态高性能电解质制备方法，其特征在于：正极聚合物单体中至少一种常温下呈液态；负极聚合物单体中至少一种常温下呈液态。
6.根据权利要求3或4所述的双层全固态高性能电解质制备方法，其特征在于：引发剂为偶氮二异丁腈(AIBN)、1-((氰基-1-甲基乙基)偶氮)甲酰胺(CMAB)、偶氮二异庚腈(ABVN)、过氧化双十二酰(LPO)和过氧化二苯甲酰胺(BPO)中的一种。
7.根据权利要求2所述的双层全固态高性能电解质制备方法，其特征在于：锂盐为双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、环酰亚胺锂、六氟磷酸锂(LiPF6)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂、硝酸锂(LiNO3)中的一种或几种；
8.根据权利要求2所述的双层全固态高性能电解质制备方法，其特征在于：步骤一中，将总质量分数为60.0-80.0wt％的正极聚合物单体搅拌0.5-1h，；然后加入质量分数为10.0-20.0wt％的锂盐，搅拌0.5-1h，再加入质量分数为0-30.0wt％的无机添加剂搅拌1-2h，最后加入聚合物单体质量0.1-0.5wt％的引发剂，搅拌0.5-1h，得到混合均匀的正极薄膜溶液；
9.一种锂金属二次电池，其特征在于：包括权利要求1-8中任一所述的双层全固态高性能电解质制备方法制备得到的双层全固态电解质结构。
10.根据权利要求9所述的锂金属二次电池，其特征在于：将正极薄膜溶液涂覆或喷涂在正极表面，负极薄膜溶液涂覆或喷涂在锂金属表面，聚合反应后，直接在正极或锂金属表明得到正极薄膜或负极薄膜，将隔膜与覆盖有正极薄膜的正极、覆盖有负极薄膜的金属锂负极组装，得到锂金属二次电池；
...【技术特征摘要】
1.一种双层全固态高性能电解质制备方法，其特征在于：分别制备包括不同聚合物单体的正极薄膜溶液和负极薄膜溶液，在正极或负极原位聚合形成正极薄膜或负极薄膜，与隔膜组装后，形成正极聚合物薄膜-隔膜-负极聚合物的双层全固态电解质结构；
2.根据权利要求1所述的双层全固态高性能电解质制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的双层全固态高性能电解质制备方法，其特征在于：正极聚合物单体为带有不饱和双键的碳酸酯类单体、砜类单体、硅氧烷类单体、磺酸类单体和季铵盐类单体中的一种或多种的组合；负极聚合物单体为带有不饱和双键的醚类单体、磷酸酯类单体和硫醚类单体类单体中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求3所述的双层全固态高性能电解质制备方法，其特征在于：正极聚合物单体为季戊四醇四丙烯酸酯(petea)、碳酸乙烯亚乙酯(vec)、三乙二醇二甲基丙烯酸酯(tegdma)、四乙二醇二丙烯酸酯(tegda)、乙烯基三甲氧基硅烷(eetm)、烯丙基三甲基氯化铵(atac)、烯丙基磺酸钠(alc)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(amps)中的一种或多种的组合；负极聚合物单体为聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda，n≥2)、三乙二醇二甲基丙烯酸酯(tegdma)、四乙二醇二丙烯酸酯(tegda)、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯(eoeoea)、二烯丙基二硫醚(dads)和大蒜素中的一种或多种的混合。
5.根据权利要求3或4所述的双层全固态高性能电解质制备方法，其特征在于：正极聚合物单体中至少一种常温下呈液态；负极聚合物单体中至...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨宗凡，李杨，赵冬梅，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，
类型：发明
国别省市：
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