[發(fā)明專利]螺旋聚氨酯/聚氧化乙烯復(fù)合全固態(tài)聚合物電解質(zhì)及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810874491.0
• 申請(qǐng)日: 2018-08-03
• 公開（公告）號(hào): CN109037775A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊勇;周寧;周洋;王煜峰;李宛峽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M10/0565
• 分類號(hào): H01M10/0565;H01M10/052
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

本發(fā)明公開了一種螺旋聚氨酯/聚氧化乙烯復(fù)合全固態(tài)聚合物電解質(zhì)及其制備方法，該材料采用L或D?酪氨酸衍生螺旋聚氨酯以及聚氧化乙烯作為基體，加入一定比例的鋰鹽，通過(guò)溶液澆鑄法制備而成。在60℃下，該全固態(tài)聚合物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率可達(dá)到4.92×10^?5 S cm^?1、電化學(xué)窗口大于5 V，機(jī)械和熱穩(wěn)定性能優(yōu)異，以該電解質(zhì)組裝的鋰電池放電比容量可達(dá)到152.3 mAh g^?1，循環(huán)80圈后容量保留率為93.1％，是全固態(tài)鋰電池中一種理想的電解質(zhì)材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池用固態(tài)電解質(zhì)隔膜材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種螺旋聚氨酯/聚氧化乙烯復(fù)合全固態(tài)聚合物電解質(zhì)及其制備方法。

背景技術(shù)

目前，商業(yè)應(yīng)用的鋰離子電池使用的電解質(zhì)絕大部分為液態(tài)有機(jī)物，液態(tài)電解質(zhì)易泄露、閃點(diǎn)低、易燃燒、易揮發(fā)，在運(yùn)輸和攜帶過(guò)程中發(fā)生擠壓、碰撞很容易造成電池的變形甚至是電解液的泄露，對(duì)環(huán)境以及人體健康造成威脅。在過(guò)充或某些意外情況下，還易發(fā)生短路、燃燒、爆炸等問題，嚴(yán)重影響電池的可靠性。三星note7手機(jī)電池爆炸，蘋果公司的筆記本電腦自燃，特斯拉電動(dòng)汽車碰撞發(fā)生的起火等事故都尖銳地揭示著當(dāng)前鋰離子電池液態(tài)電解質(zhì)存在的一系列性能和安全問題，因此，性能優(yōu)良，安全環(huán)保的電解質(zhì)開發(fā)成為該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。當(dāng)前，凝膠電解質(zhì)被認(rèn)為是最有望首先實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的固態(tài)電解質(zhì)材料，因?yàn)槟z電解質(zhì)有效避免了液態(tài)電解質(zhì)存在的揮發(fā)、漏液等問題，同時(shí)，增塑劑的存在使得凝膠電解質(zhì)電導(dǎo)率較高，與電極界面相容性得以提升。中國(guó)發(fā)明專利CN 104659413A公開了一種輻射交聯(lián)聚合物凝膠電解質(zhì)骨架材料，其室溫電導(dǎo)率為4.3×10^-3S cm^-1，電化學(xué)窗口達(dá)到4.8V，50圈后的電池容量保留率為92％。因此，凝膠電解質(zhì)是當(dāng)前研究熱點(diǎn)之一。

雖然科研人員在凝膠電解質(zhì)上的研究取得了諸多突破，但是凝膠電解質(zhì)還是存在一些實(shí)際問題。第一，凝膠電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定性不高，電化學(xué)窗口較窄；第二，凝膠電解質(zhì)由于含有小分子增塑劑，機(jī)械性能不足，熱力學(xué)穩(wěn)定性較差；第三，凝膠電解質(zhì)組裝成的電池倍率性能、循環(huán)效率較差。中國(guó)發(fā)明專利CN107732296A公開了一種無(wú)機(jī)陶瓷全固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，但是目前的無(wú)機(jī)陶瓷全固態(tài)電解質(zhì)或無(wú)機(jī)陶瓷摻雜的全固態(tài)復(fù)合電解質(zhì)制備條件高，制備過(guò)程繁瑣，成膜性差，同時(shí)電解質(zhì)柔性不好，因此，需要研發(fā)綜合性能優(yōu)異的全固態(tài)聚合物電解質(zhì)來(lái)解決這些問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種螺旋聚氨酯/聚氧化乙烯復(fù)合全固態(tài)聚合物電解質(zhì)及其制備方法，螺旋聚氨酯的加入有效構(gòu)筑了有序-無(wú)序相分離的鋰離子傳輸結(jié)構(gòu)，抑制了鋰枝晶生成，有效提升了電池容量和循環(huán)穩(wěn)定性，可用于鋰電池，鋰硫電池，鋰空氣電池等領(lǐng)域。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是：螺旋聚氨酯/聚氧化乙烯復(fù)合全固態(tài)聚合物電解質(zhì)，通過(guò)將螺旋聚氨酯和聚氧化乙烯、鋰鹽采用機(jī)械共混，溶液澆鑄法得到。

其中，螺旋聚氨酯的結(jié)構(gòu)通式為：

聚合度n為50～150，

R為以下結(jié)構(gòu)：

m為3～7，優(yōu)選4～7。

該螺旋聚氨酯/聚氧化乙烯復(fù)合全固態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備方法為：

將螺旋聚氨酯(LPU或DPU)與聚氧化乙烯(PEO)溶解于氯仿中，加入鋰鹽，室溫磁力攪拌8～12h，將所得的混合溶液澆鑄在聚四氟乙烯模具里，干燥除去溶劑，得到螺旋聚氨酯/聚氧化乙烯全固態(tài)聚合物電解質(zhì)。

進(jìn)一步的，所述的螺旋聚氨酯與聚氧化乙烯的質(zhì)量比例為1:3～3:1。

進(jìn)一步的，所述的鋰鹽為雙三氟甲烷磺酰亞銨鋰、三氟甲磺酸鋰、高氯酸鋰、四氟硼酸鋰、六氟磷酸鋰、全氟-1-丁磺酸鋰中的一種，鋰鹽占全固態(tài)電解質(zhì)總質(zhì)量的5％～25％。