System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种锂电池单离子导体聚合物电解质及其制备方法技术_技高网

一种锂电池单离子导体聚合物电解质及其制备方法技术

技术编号:41064960 阅读:3 留言:0更新日期:2024-04-24 11:18
本发明专利技术提供了一种锂电池单离子导体聚合物电解质及其制备方法,将对氨基苯磺酸和无水碳酸钠溶于水中,通过加入亚硝酸钠形成重氮化合物,并依次加入九水硫化钠,硫粉,氢氧化钠形成4,4’‑二巯基二苯磺酸钠,再将酸性交换树脂,甲醇,还原剂依次加入4,4’‑二巯基二苯磺酸钠溶液中,形成对巯基苯磺酸,再将含锂离子的强碱加入对巯基苯磺酸中,生成对巯基苯磺酸锂盐,随后将对巯基苯磺酸锂盐与聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物进行反应,通过单硫键将苯磺酸锂嫁接到PVDF及其共聚物上,形成单离子导体聚合物,这种聚合物可以用于锂离子电池隔膜,电解质和粘结剂的制备,可大幅提高锂离子迁移数,提升电池的循环能力及倍率能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池制备,具体涉及一种锂电池单离子导体聚合物电解质及其制备方法


技术介绍

1、锂金属电池是一种以金属锂为阳极的可充电电池,被认为是最有前途的高能量密度电能储能装置之一。然而由于锂电池在充放电过程中会生长锂枝晶,进而可能刺破隔膜导致电池短路,在实际应用中受到严重的阻碍。为解决锂电池安全性问题,目前解决锂电池安全性能的方案之一是研发固态电解质,但固态电解质由于锂离子迁移数低(一般小于0.5),导致较大的浓差极化,仍然很难抑制锂枝晶的生长,存在较大的安全隐患。

2、单离子导体聚合物电解质由于锂离子迁移数接近于一,可以有效降低浓差极化,从而极大地抑制锂枝晶的生长,有望实现高能量密度,长寿命,高安全性能的锂电池。目前单离子导体聚合物电解质存在机械性能较差,电池容量较低,高倍率循环能力较差的问题,为此本专利技术提供了一种具备高能量密度,高机械强度,高倍率循环的锂电池单离子导体聚合物电解质,该电解质成本便宜,性能优良,极具商业化潜力。


技术实现思路

1、针对上述问题,本专利技术提供了一种锂电池单离子导体聚合物电解质及其制备方法,将苯磺酸锂阴离子基团通过单硫键嫁接到pvdf及其共聚物的聚合物主链上,得到单离子导体聚合物电解质pvdf-bsfe,苯磺酸锂由于其大共轭的结构排布,拥有很强的吸电子能力,易于锂离子的解离和迁移,阴离子固定在聚合物主链上,抑制阴离子迁移,很好地提升了电池的循环能力及倍率能力。

2、锂电池单离子导体聚合物电解质的制备方法包括以下步骤:</p>

3、步骤(1),将对氨基苯磺酸和无水碳酸钠溶于纯净水中,然后冷却到15℃;

4、步骤(2),将亚硝酸钠溶于纯净水中;

5、步骤(3),将步骤(2)得到的溶液加入到步骤(1)所得到的溶液中,随后缓慢加入盐酸和碎冰,低温条件下搅拌,生成重氮化合物;

6、步骤(4),将九水硫化钠和硫粉加入水中,并加入氢氧化钠溶液,形成二硫化钠溶液;

7、步骤(5),将步骤(3)得到的重氮化合物加入到步骤(4)得到的二硫化钠溶液中,低温搅拌,得到4,4’-二巯基二苯磺酸钠;

8、步骤(6),将步骤(5)得到的4,4’-二巯基二苯磺酸钠溶于水,通过酸性阳离子交换树脂将4,4’-二巯基二苯磺酸钠转化为4,4’-二巯基二苯磺酸;

9、步骤(7),将步骤(6)得到的4,4’-二巯基二苯磺酸溶于甲醇中,加入水,还原剂,搅拌生成对巯基苯磺酸;

10、步骤(8),用含锂离子的强碱将步骤(7)得到的对巯基苯磺酸的巯基和磺酸转化为对应的锂盐,分别为硫化锂和苯磺酸锂;

11、步骤(9),将步骤(8)得到的锂盐加入聚偏氟乙烯pvdf及其共聚物溶液的溶液中,得到苯磺酸锂接枝的pvdf共聚物,即单离子导体聚合物;

12、步骤(10),将步骤(9)得到的单离子导体聚合物溶解于溶剂中,制备出单离子导体聚合物溶液;

13、步骤(11),将单离子导体聚合物溶液涂覆在基底上,干燥后得到单离子导体聚合物电解质。

14、其中,含有锂离子的强碱包括lioh,li2co3,甲醇锂,乙醇锂,叔丁醇锂,丁基锂,六甲基二硅氮化锂,氨基锂,2,2,6,6-四甲基哌啶锂中的一种,所述还原剂为锌-乙酸,硼氢化钠,三苯基膦中的一种,优选三苯基膦。

15、进一步地,pvdf及其共聚物溶液的溶剂包括n-甲基吡咯烷酮,n,n-二甲基甲酰胺,n,n-二甲基乙酰胺,四氢呋喃,丙酮,thf,环己酮等,甲基异丁基酮,乙酸乙酯,乙酸丁酯,丁酸丁酯,己酸己酯,乙二醇甲醚,二异丁基酮中的一种或多种;所述步骤(10)中的溶剂包括n-甲基吡咯烷酮,n,n-二甲基甲酰胺,丁酮,丙酮中的一种或多种。

16、进一步地,在步骤(10)中加入锂盐,可制备出固态电解质薄膜,其中,加入的锂盐包括六氟磷酸锂,双三氟甲磺酰亚胺锂,双氟磺酰亚胺锂,四氟硼酸锂,双草酸硼酸锂,双氟草酸硼酸锂中的一种。

17、采用上述方法制备的锂电池单离子导体聚合物电解质通过单硫键将苯磺酸锂嫁接到pvdf及其共聚物上,pvdf及其共聚物包括聚偏氟乙烯(pvdf),聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp),聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯pvdf-ctfe,聚偏氟乙烯-三氟乙烯pvdf-trfe中的一种或多种。

18、相对于现有技术而言,本专利技术的有益技术效果是:(1)本专利技术中设计的单离子导体聚合物电解质pvdf-bsfe选择了pvdf-ctfe,pvdf-hfp等pvdf共聚物作为聚合物主链,该主链相比于pvdf材料拥有更好的吸电子能力;(2)嫁接的阴离子基团具有更好的吸电子能力,可以大幅提高锂离子迁移数;(3)本专利技术的单离子导体聚合物电解质材料以pvdf共聚物为基底制备,除制备隔膜以外,也可以作为电池粘结剂材料使用。

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【技术保护点】

1.一种锂电池单离子导体聚合物电解质的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,含有锂离子的强碱包括LiOH,Li2CO3,甲醇锂,乙醇锂,叔丁醇锂,丁基锂,六甲基二硅氮化锂,氨基锂,2,2,6,6-四甲基哌啶锂中的一种。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述还原剂为锌-乙酸,硼氢化钠,三苯基膦中的一种。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,PVDF及其共聚物溶液的溶剂包括N-甲基吡咯烷酮,N,N-二甲基甲酰胺,N,N-二甲基乙酰胺,四氢呋喃,丙酮,THF,环己酮等,甲基异丁基酮,乙酸乙酯,乙酸丁酯,丁酸丁酯,己酸己酯,乙二醇甲醚,二异丁基酮中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤(10)中的溶剂包括N-甲基吡咯烷酮,N,N-二甲基甲酰胺,丁酮,丙酮中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在步骤(10)中加入锂盐,制备出固态电解质薄膜,其中,加入的锂盐包括六氟磷酸锂,双三氟甲磺酰亚胺锂,双氟磺酰亚胺锂,四氟硼酸锂,双草酸硼酸锂,双氟草酸硼酸锂中的一种。

7.一种锂电池单离子导体聚合物电解质,由权利要求1-6任一项所述方法制备,其特征在于,通过单硫键将苯磺酸锂嫁接到PVDF及其共聚物上,PVDF及其共聚物包括PVDF,PVDF-HFP,PVDF-CTFE,PVDF-TrFE中的一种或多种。

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【技术特征摘要】

1.一种锂电池单离子导体聚合物电解质的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,含有锂离子的强碱包括lioh,li2co3,甲醇锂,乙醇锂,叔丁醇锂,丁基锂,六甲基二硅氮化锂,氨基锂,2,2,6,6-四甲基哌啶锂中的一种。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述还原剂为锌-乙酸,硼氢化钠,三苯基膦中的一种。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,pvdf及其共聚物溶液的溶剂包括n-甲基吡咯烷酮,n,n-二甲基甲酰胺,n,n-二甲基乙酰胺,四氢呋喃,丙酮,thf,环己酮等,甲基异丁基酮,乙酸乙酯,乙酸丁酯,丁酸丁酯,己酸己酯,乙二醇甲醚,二异丁基...

【专利技术属性】
技术研发人员:万兆陈宁吕维强
申请(专利权)人:电子科技大学
类型:发明
国别省市:

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