【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于聚合物电解质领域，具体涉及到一种深共晶溶剂基聚合物固态电解质的制备方法，以及此深共晶溶剂基聚合物固态电解质在锂离子电池中的应用。
技术介绍
1、随着人类生产生活的进步以及科学技术的发展，新能源汽车、智能可穿戴设备、便携式电子产品及新型传感器的出现，催生了对能源的大量需求。然而目前大量使用的化石燃料导致了环境污染和能源枯竭问题，尽管太阳能、风能、潮汐能和地热能等可再生能源为我们提供了电能，但由于它们受到自然条件（如气候和地理）的限制，迫切需要可靠的能量储存设备，以平衡供应。金属锂由于具有超高的理论比容量（3860mah g-1）以及较低的氧化还原电位（-3.04v vs. li+/li）,使得锂离子电池成为众多储能器件中的头牌。而目前商用的锂离子电池使用液体有机电解质，从而导致电解液泄露、热失控甚至起火爆炸等潜在风险。同时，由于金属锂具高反应活性，液态电解质易与其反应生成不稳定的sei层，使得锂离子尖端沉积，从而导致枝晶形成，刺穿隔膜引发电池短路。因此，开发一种高安全性，高稳定性的固态电解质用于锂离子电池是提升锂离子电池电化学性能的关键。
2、深共晶溶剂是一种由氢键受体和氢键供体通过氢键相互作用形成，具有低蒸气压、良好的热稳定和化学稳定性、不可燃性，其熔点明显低于理想混合物值。这使得其溶剂化结构不同于传统水或有机溶剂，其有序的溶剂化结构有利于更好的与li+配位,从而使基于des的电解质具有更宽的电化学窗口及更稳定的循环性能。
3、有机聚合物电解质通过氢键相互作用将电解质溶液固定聚合物网络中，具
技术实现思路
1、针对现有锂离子电池存在的有机电解液泄露、热失控、潜在爆炸风险等技术缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于深共晶溶剂的不含自由水分子的固态锂离子聚合物电解质及其制备方法并将其用于锂离子电池电解质。该深共晶溶剂基聚合物固态电解质采用不含水的锂盐基深共晶溶剂离子导电相，通过将离子导电相分散在有机聚合物增强相的聚合物网络中，赋予了该聚合物电解质优异的电导率和机械强度，构筑具有可调溶剂化结构的稳定固态电解质。
2、具体的，本专利技术是通过以下方案实现的：
3、一种深共晶溶剂基聚合物固态电解质，包括有机聚合物增强相和离子导电相，所述有机聚合物增强相为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸中的至少一种；所述离子导电相为锂基深共晶溶剂，由氢键供体和氢键受体组成；所述氢键供体为乙二醇、氯化胆碱、甘油、尿素中的至少一种；所述氢键受体为氯化锂、三氟甲磺酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的至少一种。
4、为实现上述方案，提供一种深共晶溶剂基聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于，技术方案包括如下步骤：
5、(1)将氢键受体和氢键供体以一定比例混合，在一定温度下加热一段时间，得到锂基深共晶溶剂；
6、 (2)向所述深共晶溶剂中加入一定量聚合物增强相，继续加热混合一段时间，倒入聚四氟乙烯模具，经过反复冻融后得到深共晶溶剂基聚合物固态电解质；
7、上述整个过程均在充满氩气的手套箱中进行，水氧含量均在0.2ppm以下。
8、上述技术方案中所述的深共晶溶剂基聚合物固态电解质的制备方法，所述氢键供体选自乙二醇、氯化胆碱、甘油、尿素中的至少一种；所述氢键受体为氯化锂、三氟甲磺酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的至少一种。氢键受体和氢键供体物质的量之比为1:1~1:6。作为本专利技术的进一步改进，优选的氢键供体为乙二醇，氢键受体为氯化锂，两者的物质的量之比为1:4。
9、进一步地，步骤(1)中所述加热温度为80~100℃，所述加热反应时间为1~4h。优选地，加热温度为100℃，加热反应时间为2h。
10、上述技术方案中所述的深共晶溶剂基聚合物固态电解质的制备方法，所述聚合物增强相为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸中的至少一种。聚合物增强相加入量为总质量分数的5~10wt％。作为本专利技术的进一步改进，优选的聚合物增强相为聚乙烯醇，加入量为总质量分数的10wt％。
11、进一步地，步骤(2)中所述加热温度为80~140℃，所述加热时间为2~5h，冻融温度为零下30℃~零下10℃，冻融次数为1~3次，冷冻时间为12~24h。优选地，加热温度为120℃，加热时间为4h，冻融温度为零下20℃，冻融次数为3次，冷冻时间为12h。
12、按照上述技术方案中所述，提供一种深共晶溶剂基聚合物固态电解质，采用上述制备方法得到，该深共晶溶剂基聚合物固态电解质为薄膜型电解质，膜厚0.2~1mm。
13、本专利技术的进一步目的为：提供一种基于深共晶溶剂聚合物电解质的的锂离子固态电池，包括电解质、正极、负极，其特征在于，所述电解质采用上述技术方案中的制备方法获得。
14、优选地，所述正极为磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍钴锰三元材料中的至少一种；所述负极为金属锂、石墨、锂合金、钛酸锂、硅负极中的至少一种。
15、优选地，所述锂离子固态电池为扣式电池、软包电池、圆柱电池中的一种或多种。
16、总体而言，本专利技术所述技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
17、(1)本专利技术使用不含水的锂基深共晶溶剂代替传统的水性电解液，具有低饱和蒸汽压、不可燃性、高热稳定性、宽电化学稳定窗口以及优异的抗冻性。通过对li+的溶剂化结构进行调配，获得具有快速离子传输能力的深共晶溶剂电解质，可更好的抑制充放电过程中由自由水导致的析氢反应、锌负极的自腐蚀以及正极材料溶解问题，实现锂离子可逆的沉积和剥离。
18、(2)本专利技术将聚合物增强相引入具有溶剂化结构的深共晶溶剂电解质，通过适当的比例调控，获得具有优异离子导电性和机械强度的深共晶聚合物电解质薄膜，取代传统的隔膜加电解液的组合，简化了电池结构。该聚合物增强相分子链之间的氢键相互作用形成网络结构，赋予了电解质优异的自愈合性能，从而抑制了锂离子电池在使用过程中由于弯折变形所产生的裂纹的进一步扩展，有效避免了聚合物电解质在裂纹处出现短路而引发的安全问题。同时，具有一定机械性能的聚合物电解质可以有效抑制枝晶生长并提高电池的循环寿命。
19、(3)本专利技术制备的深共晶溶剂基聚合物固态电解质中存在大量氢键，使得溶剂分子固定在聚合物网络中，从而抑制其在电极表面的分解，同时氢键的存在赋予了固态电解质及电极材料之间良好的粘附性，从而有利于li+的迁移和稳定的沉积剥离。
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1.一种深共晶溶剂基聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的深共晶溶剂基聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于，所述氢键供体选自乙二醇、氯化胆碱、甘油、尿素中的至少一种；所述氢键受体为氯化锂、三氟甲磺酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的至少一种；氢键受体和氢键供体摩尔比为1:1~1:6。
3.根据权利要求1所述的深共晶溶剂基聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述加热温度为80~100℃，所述加热时间为1~4h。
4.根据权利要求1所述的深共晶溶剂基聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于，所述聚合物增强相为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸中的至少一种；聚合物增强相加入量为总质量分数的5~10wt％。
5.根据权利要求1所述的深共晶溶剂基聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述加热温度为80~140℃，所述加热时间为2~5h，冻融温度为零下30℃~零下10℃，冻融次数为1~3次，冷冻时间为12~24h。
6.一种深共晶溶剂基聚合物固态电解质，其
7.一种基于深共晶溶剂聚合物电解质的的锂离子固态电池，包括电解质、正极、负极、其特征在于，所述电解质采用权利要求6中的制备方法制备。
8.根据权利要求7所述的一种基于深共晶溶剂聚合物电解质的的锂离子固态电池，其特征在于，所述正极为磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍钴锰三元材料中的至少一种；所述负极为金属锂、石墨、锂合金、钛酸锂、硅负极中的至少一种。
9.根据权利要求7所述的一种基于深共晶溶剂聚合物电解质的锂离子固态电池，其特征在于，所述锂离子电池为扣式电池、软包电池、圆柱电池中的一种或多种。
...【技术特征摘要】
1.一种深共晶溶剂基聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的深共晶溶剂基聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于，所述氢键供体选自乙二醇、氯化胆碱、甘油、尿素中的至少一种；所述氢键受体为氯化锂、三氟甲磺酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的至少一种；氢键受体和氢键供体摩尔比为1:1~1:6。
3.根据权利要求1所述的深共晶溶剂基聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述加热温度为80~100℃，所述加热时间为1~4h。
4.根据权利要求1所述的深共晶溶剂基聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于，所述聚合物增强相为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸中的至少一种；聚合物增强相加入量为总质量分数的5~10wt％。
5.根据权利要求1所述的深共晶溶剂基聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述加热温度为80...
【专利技术属性】
技术研发人员：张馨月，彭琪贺，曹润彬，汪孟旭，马宁，李瑞，欧阳肖，林伟佳，
申请(专利权)人：深圳市金汤新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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