[發明專利]一種復合聚合物固態電解質膜的原位自形成制備方法

有效

• 申請號: 201810174186.0
• 申請日: 2018-03-02
• 公開（公告）號: CN108484836B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 楊晶晶;汪勛;馬愛潔;羅濤;陳衛星
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: C08F283/06
• 分類號: C08F283/06;C08F220/56;C08F220/58;C08F222/38;C08F2/48;H01M8/1025;H01M8/1072
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

本發明涉及一種復合聚合物固態電解質膜的原位自形成制備方法。以克服現有技術存在的材料內部填料的分散性問題，同時制備方法復雜、不便捷，成本高且對環境不友好的問題。本發明采用的方法步驟為：1）以PEO為聚合物基體，將其與LiClO₄溶解在去離子水中，攪拌溶解，得溶液A；2）稱取丙烯酰胺和2?丙烯酰胺基?2?甲基丙磺酸單體，以PEO質量為基準，控制聚合物基體與單體的質量比,將單體加入溶液A中攪拌溶解得溶液B；3）分別稱取N,N?亞甲基雙丙烯酰胺，光引發劑加入至溶液B，攪拌溶解得到溶液C；4）將溶液C澆注于聚四氟乙烯模具中，置于紫外光輻射下，使單體聚合并交聯，在PEO基體中形成交聯結構；5）然后干燥得復合聚合物固態電解質膜。

技術領域

本發明所屬固態聚合物電解質膜制備技術領域，具體涉及一種復合聚合物固態電解質膜的原位自形成制備方法。

背景技術

動力電池作為發展電動汽車的核心部件之一，一直是電池領域的研究熱點。其中，鋰離子電池由于其擁有高能量密度及功率密度而備受關注。近年來，隨著電動汽車的快速發展，人們追求鋰電池的大容量和充放電速度外，更關心的是鋰電池的安全問題。目前商用的鋰電池，電池內部的有機電解液可能引起泄露、燃燒和爆炸等安全問題，另外，金屬鋰負極的枝晶生長可能造成短路的安全隱患。因此，發展高安全性的全固態鋰電池成為目前獲得高效、安全、可靠的動力電池的發展方向。

固體電解質作為全固電池的核心部件，開發先進的固體電解質，對于防止鋰枝晶的生長和電極副反應都有著至關重要的作用。目前研究主要涉及無機和聚合物固體電解質兩大類。其中，聚合物電解質具有對電極粘附性好、電化學窗口相對較高且生產工藝易控制、可量產、柔性、形狀多樣性等優點，在柔性鋰電池方面具備更多優勢。但是通常聚合物固態電解質的離子電導率較低(10-7S cm-1)，需要對其進行改性來達到實際使用要求。另外，固態聚合物電解質的機械性能差也是亟待解決的問題。

目前，以聚氧化乙烯(PEO)為聚合物基體，高氯酸鋰(LiClO4)為鋰鹽的聚合物固態電解質體系中，文獻報道基本上是利用填料來進行改性，目前報道的最高室溫離子電導率為5.2×10-5S cm-1(Zhai H.et al.Nano letters,2017(17):3182-3187)。但是該方法需要利用冰模板來取向納米填料Li1+xAlxTi2-x(PO4)3(LATP)，制備過程繁瑣復雜，工藝條件要求高。(Zhai H.et al.Nano letters,2017(17):3182-3187)。此外，在填料改性的PEO基復合聚合物電解質體系中，填料與PEO之間多存在分相行為；納米填料的團聚行為也限制了聚合物電解質膜的制備；PEO的溶解多采用有一定毒性的有機溶劑乙腈等；復合電解質膜的拉伸強度提高程度有限，文獻報道的最大拉伸強度增幅為83％(Gomari S.et al.SolidState Ionics,2017(303):37-46)。因此，需要尋求更好的PEO基復合聚合物電解質的制備方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種復合聚合物固態電解質膜的原位自形成制備方法，以克服現有技術存在的材料內部填料的分散性問題，同時制備方法復雜、不便捷，成本高且對環境不友好的問題。

為達到本發明的目的，本發明采用如下技術方案：

一種復合聚合物固態電解質膜的原位自形成制備方法，包括下述步驟：

一、以分子量范圍為100K-4000K的PEO為聚合物基體，將其與LiClO₄按照5～20:1的摩爾比溶解在去離子水中，攪拌溶解，得到溶液A；

二、稱取質量比為5:1～3的丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸單體，以PEO質量為基準，控制聚合物基體與單體的質量比為1:0.1～1:0.75,將單體加入至溶液A中攪拌溶解得到溶液B；