一种聚氨酯泡沫凝胶电解质及其制备方法和应用技术

技术编号：41288788 阅读：8 留言：0更新日期：2024-05-11 09:37

本发明专利技术涉及二次电池技术领域，公开了一种聚氨酯泡沫凝胶电解质及其制备方法和应用。由端羟基聚醚二醇化合物、二异氰酸酯、泡沫稳定剂、开孔剂、扩链剂、催化剂、发泡剂、电解液反应得到。所得聚氨酯泡沫凝胶电解质具有高离子电导率、高离子迁移数和优异的电化学稳定性，克服了常规凝胶电解质电导率低，电化学稳定性差和界面相容性的缺陷；还可以缓解电池工作过程中热胀冷缩产生的应力和有机电解液的氧化/燃烧反应发热，大大提高了锂离子电池的电化学性能和安全性能。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及二次电池，具体涉及一种聚氨酯泡沫凝胶电解质及其制备方法和应用。

技术介绍

1、在碳中和时代的大背景下，风能、水能、太阳能等清洁能源的广泛推广变的日益迫切，然而，清洁能源面临着时空分布不均的挑战。因此，人们研究安全高效的能量存储系统变的越来越迫切。目前商用电池(如镍氢电池、镍铬电池和铅酸电池等)由于能量密度低，无法满足日益增长的储能需求。金属锂(li)因其超高的理论容量(3860mah g-1)、低密度(0.534g cm-3)和显著的负电位(与标准氢电极相比为-3.04v)而受到广泛关注。因此，锂金属电池(lmb)有望满足人们对高能量密度电池不断增长的需求，尤其是在电动汽车和先进电子设备中的新兴应用。遗憾的是，商业有机液体电解质体系的锂金属(lmbs)面临着与锂金属负极相关的安全问题和众所周知的挑战：锂枝晶不受控的生长，固体电解质界面层(sei)的不稳定增厚，“死锂”的形成，以及循环过程中锂金属的显著体积变化。所有这些因素均会加速电池降解，不受控的枝晶生长，甚至会导致内部短路，热失控，电池燃烧或爆炸等一些列安全问题。因此，迫切需要研究可行的方法来解决这些焦灼问题。目前研究人员已将注意力转向凝胶或固态电解质，认为他们会在实现均匀锂沉积、建立稳定的sei层以及安全性能更高的电池方面具有潜力。

2、固态电解质主要包括传统的无机固态电解质和聚合物电解质。以陶瓷电解质为例，传统固态电解质具有出色的离子传导性，在促进锂的稳定沉积和抑制锂枝晶的生长方面发挥了重要作用。然而，这些电解质的脆性以及与锂阳极的界面问题限制了

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种聚氨酯泡沫凝胶电解质及其制备方法和应用。本专利技术综合了三维超分子网络固有的亲水、中性和疏水属性，设计出一种多功能三维交联聚氨酯泡沫(puf)凝胶电解质。聚合物电解质的框架包括聚四亚甲基醚二醇、聚乙二醇和4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯，三维交联结构中的聚脲极性基团之间通过氢键相互作用来增强机械强度并抑制锂枝晶的生长，从而提高电池的安全性。此外，puf的弹性和热稳定性还能缓冲电池在不同温度下工作时产生的热膨胀和收缩应力，确保电解液在不同工作温度下的稳定性，并表现出优异的界面兼容性。聚氨酯泡沫基质中集中的介孔和极性基团的协同作用增强了聚合物基质的电解质亲和性，促进了锂盐的解离和迁移，从而使离子导电性与液态电解质相当(室温下高达2.1980×10-3s cm-1)。此外，puf的3d多孔框架结构可以适应锂金属的大体积变化，提供了更大的比表面积，可以显著降低局部电流密度，保障电池长久稳定的运行。从设计角度来看，puf通过链段中的-c-o-c-实现高离子导电性，聚脲极性官能团形成高度交联的凝胶网络，并引入了些许的氢键来提供多种功能，即通过与路易酸位点的非共价相互作用有效的固定锂盐阴离子，降低锂离子对-c-o-c-链节氧原子的亲和力，提高puf的电化学稳定性。

2、本专利技术的技术方案是：一种聚氨酯泡沫凝胶电解质，包括如下重量份的原料组分：

3、端羟基聚醚二醇化合物30～70份；

4、二异氰酸酯10～40份；

5、泡沫稳定剂0.1～0.40份；

6、开孔剂0.1～0.50份；

7、扩链剂10～25份；

8、催化剂0.1～0.50份；

9、发泡剂0.45～0.65份；

10、电解液100～150份。

11、进一步地；所述端羟基聚醚二醇化合物为聚四本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种聚氨酯泡沫凝胶电解质，其特征在于，包括如下重量份的原料组分：

2.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫凝胶电解质，其特征在于：所述端羟基聚醚二醇化合物为聚四亚甲基醚二醇，摩尔质量为950～1050g/mol。

3.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫凝胶电解质，其特征在于：所述二异氰酸酯为4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯。

4.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫凝胶电解质，其特征在于：所述泡沫稳定剂为二甲基硅油；所述开孔剂为OP-10；所述发泡剂为蒸馏水。

5.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫凝胶电解质，其特征在于：所述扩链剂为聚氧化乙烯二醇，摩尔质量为1800～2200g/mol。

6.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫凝胶电解质，其特征在于：所述催化剂为由二月桂酸二丁基锡和三乙烯二胺按质量比1:3混合制备的复合型催化剂。

7.一种权利要求1所述的聚氨酯泡沫凝胶电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的聚氨酯泡沫凝胶电解质的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的模具的容积为3.1415926×82×1.5mm3。

9.一种权利要求1-6任一项所述的聚氨酯泡沫凝胶电解质在锂离子电池中的应用。

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【技术特征摘要】

1.一种聚氨酯泡沫凝胶电解质，其特征在于，包括如下重量份的原料组分：

2.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫凝胶电解质，其特征在于：所述端羟基聚醚二醇化合物为聚四亚甲基醚二醇，摩尔质量为950～1050g/mol。

3.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫凝胶电解质，其特征在于：所述二异氰酸酯为4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯。

4.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫凝胶电解质，其特征在于：所述泡沫稳定剂为二甲基硅油；所述开孔剂为op-10；所述发泡剂为蒸馏水。

5.根据权利要求1所述的聚氨酯泡沫凝胶电解质，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹兰，王庆富，李永旭，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：

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