本发明专利技术公开了一种合成POEM(聚氧乙烯甲基丙烯酸甲酯)-PDMS(聚二甲基硅氧烷)的两亲性嵌段共聚物电解质的工艺，制备的电解质膜用于制新型全固态锂离子电池；在共聚物合成过程中，通过对亲水性的POEM段的长度、POEM:PDMS成分比例进行控制，可同时实现提高共聚物的玻璃化转变温度，降低共聚物的室温粘度系数，并增加锂离子在POEM-g-PDMS两亲性嵌段共聚物电解质的掺杂浓度，可提高共聚物电解质的锂离子电导性能，此共聚物电解质合成工艺简单，所需设备投入较少，适合于工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及了一种合成POEM (聚氧乙烯甲基丙烯酸甲酯)_ PDMS(聚二甲基硅氧烷)的两亲性嵌段共聚物电解质的工艺，属于新材料
技术介绍
锂离子电池是新一代的可充放电池，具有能量/功率密度高、工作电压高( 3. 7V)、自放电小、无记忆效应、绿色无公害等优点，是迄今为止整体性能最优的电池装置。 近二十年来，锂离子电池得到飞速发展，以其高性能价格比优势在笔记本电脑、手机、数码相机等便携式电子设备，以及电动工具领域占据主导地位。目前锂离子电池已被开发为混合电动汽车(HEV)和电动汽车(EV)的动力电源，也逐步被拓展为太阳能、风能等可再生能源的静态电能存储介质。2010年锂离子电池的市场规模超过了 100亿美元，在便携式电子设备需求的持续增长以及车载动力电池市场急剧扩大，预计在2018年锂离子电池的市场规模将超过300亿美元。液态电解质锂离子电池由于研究起步早，技术成熟、成本较低，占据了当前90%成品锂离子电池市场。由于液态电解液是闪燃点较低的有机物，在大电流放电或过充的情况下，会引燃电解液，导致锂离子电池起火爆炸，因此，液态锂离子电池的安全性较差。为了提高电池安全性，聚合物锂离子电池则是采用聚合物电解质膜作为有机电解液载体，电池内没有可流动的有机电解液，解决了液体电解质电池所存在的漏液问题。同时，聚合物锂离子电池由于采用铝塑膜外包装，对内压比较敏感，可避免电池发生爆炸燃烧等不安全行为，提高了电池的安全性能。但是，由于电池内依然存在有机电解液，并没有从根本上解决锂离子电池的所有安全问题。其中，最突出的问题是聚合物锂离子电池在过充电条件下，与液态锂离子电池一样，钴酸锂正极材料发生分解反应，释放出大量的热量和活性氧，引发负极材料、粘结剂和电解质发生的系列放热反应，同样可导致电池热失控，引起电池起火燃烧。因此，开发一种新型高离子电导率、无需有机电解液的全固态聚合物电解质膜是从根本上解决锂离子电池的安全问题的有效途径。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种合成POEM (聚氧乙烯甲基丙烯酸甲酯)_ PDMS (聚二甲基硅氧烷)的两亲性嵌段共聚物电解质的工艺，制备的电解质膜用于制造具有高温稳定性、高能量密度、长寿命，充放电性能稳定等特性的全固态共聚物锂离子电池。本专利技术合成POEM (聚氧乙烯甲基丙烯酸甲酯)_PDMS(聚二甲基硅氧烷)的两亲性嵌段共聚物电解质的工艺包括下述步骤a)将130 200毫升聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯单体(PEGMEM)，其中的氧乙烯(EO) 段数为5 30、60毫升聚二甲基硅氧烷单体(PDMS)，溶解到1000毫升醋酸乙酯；b)将60mg引发剂2，2'-偶氮二异丁腈溶解于100毫升醋酸乙酯；c)将上述两种醋酸乙酯溶液混合均勻，转移到气密性烧瓶；d)用纯氩气(氧分压<50ppm)排空醋酸乙酯混合溶液里的空气，30分钟；e)把醋酸乙酯混合溶液加温到60 80°C，保温M小时；f)用石油烯清洗步骤e所得聚合物产物，真空干燥，获得POEM-g-PDMS两亲性嵌段共聚物；g)以四氢呋喃为溶剂，三氟甲磺酸锂按锂离子与氧乙烯(EO)片段(Li EO = 1: 5 30)比例掺杂进入共聚物；h )用流延成型法，经过涂覆、可控干燥获得共聚物电解质膜。本专利技术采用自由基聚合方法合成新型POEM (聚氧乙烯甲基丙烯酸甲酯)_ PDMS (聚二甲基硅氧烷)的两亲性嵌段共聚物电解质膜。由于POEM-g-PDMS共聚物电解质的各项性能，包括锂离子电导率和机械性能，是由共聚物里亲水性的POEM链的长度(即POEM链中的氧乙烯(EO)段数)、锂离子在POEM链上的掺杂浓度、以及POEM PDMS的比例决定的。 为了实现高的锂离子电导率，应尽可能提高POEM链的长度以及POEM PDMS的成分比例， 但是会大大降低共聚物电解质膜的机械性能，使得共聚物电解质膜的“隔膜”作用逐渐丧失。因此，在POEM-g-PDMS两亲性嵌段共聚物的制备过程中，主要是通过改变合成参数，包括POEM链长度、锂离子掺杂浓度、亲水性POEM的成分比例等，实现在不牺牲共聚物机械性能的前提下，尽可能提高锂离子电导率，为规模化生产共聚物的奠定基础。同时，基于 POEM-g-PDMS和三氟甲磺酸锂的四氢呋喃溶液，经过涂覆、可控干燥过程(涂覆速度、涂覆厚度、干燥时间、干燥温度和温度均勻性)，获得高性能共聚物电解质膜。本专利技术应用流延成型法(亦称刮刀法)规模化生产POEM-g-PDMS两亲性嵌段共聚物电解质膜。流延成型法是成熟的生产技术，流延成型设备主要包括自动收卷装置、自动放卷装置、溶液盛放装置、干燥箱和机电控制系统等，流延成型法通过精确控制涂覆速度、涂覆厚度、干燥时间、干燥温度和温度均勻性获得电解质膜。综上所述，本专利技术聚合物电解质膜制备工艺简单，操作方便，所需设备投入小，适于工业化生产。具体实施例方式下面给出一种根据本专利技术工艺的非限定性的实施例。实施例1a)将200毫升聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯单体(PEGMEM，其中的氧乙烯EO段数为5)、 60毫升聚二甲基硅氧烷单体(PDMS)按重量比80 :20，溶解到1000毫升醋酸乙酯；b)将60毫克引发剂2，2'-偶氮二异丁腈溶解于100毫升醋酸乙酯；c)将上述两种醋酸乙酯溶液混合均勻，转移到气密性烧瓶；d)用纯氩气排空醋酸乙酯混合溶液里的空气，30分钟；e)把醋酸乙酯混合溶液加温到60°C，保温M小时；f)用石油烯清洗步骤e所得聚合物产物，真空干燥，获得POEM-g-PDMS两亲性嵌段共聚物；g)以四氢呋喃为溶剂，将三氟甲磺酸锂按Li EO= 1:5比例掺杂POEM-g-PDMS共聚物；h)用流延成型法，经过涂覆、可控干燥获得POEM-g-PDMS共聚物电解质膜。其锂离子电导率达到5X 10_4 S/cm,其机械性能基本满足正负电极的隔膜作用。实施例2a)将130毫升聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯单体(PEGMEM，其中的氧乙烯EO段数为15)、 60毫升聚二甲基硅氧烷单体(PDMS)按设计比例(重量比70 30)溶解到1000毫升醋酸乙b)将60毫克引发剂2，2'-偶氮二异丁腈溶解于100毫升醋酸乙酯；c)将上述两种醋酸乙酯溶液混合均勻，转移到气密性烧瓶；d)用纯氩气排空醋酸乙酯混合溶液里的空气，30分钟；e)把醋酸乙酯混合溶液加温到68°C，保温M小时；f)用石油烯清洗步骤e所得聚合物产物，真空干燥，获得POEM-g-PDMS两亲性嵌段共聚物；g)以四氢呋喃为溶剂，将三氟甲磺酸锂按Li EO = 1: 20比例掺杂POEM-g-PDMS共聚物；h)用流延成型法，经过涂覆、可控干燥获得POEM-g-PDMS共聚物电解质膜。其锂离子电导率约为5X10_4 S/cm,其机械性能良好，达到作为正负电极的隔膜作用。实施例3a)将130毫升聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯单体PEGMEM，其中的氧乙烯EO段数为30)， 60毫升聚二甲基硅氧烷单体(PDMS)按重量比70 :30，溶解到1000毫升醋酸乙酯；b)将60毫克引发剂2，2'-偶氮二异丁腈溶解于100毫升醋酸乙酯；c)将上述两种醋酸乙酯溶液混合均勻，转移到气密性烧瓶；d)用高纯氩气排空醋酸乙酯混合溶液里的空气，30分钟；e)把醋酸乙酯混合溶液加本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：韦伟峰，胡许先，
申请(专利权)人：长沙宝锋能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。