[發明專利]一種具有室溫高離子電導率的聚合物基固態電解質的制備方法

有效

• 申請號: 201910919938.6
• 申請日: 2019-09-26
• 公開（公告）號: CN110828890B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 廖海洋;周楓林;張余龍;胡曉靖
• 申請（專利權）人: 湖南工業大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/058;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 楊千尋;馮振寧

本發明公開了一種具有室溫高離子電導率的聚合物基固態電解質的制備方法。本發明通過攜帶大量鋰鹽的可聚合的環氧單體，并利用環氧單體以及與聚合物基體（聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯全氟丙烯或聚氧化乙烯）的原位聚合，降低了固態電解質的結晶度和玻璃轉變溫度，提高分子鏈的運動能力，提高了鋰離子在固態電解質中的傳輸效率。本發明所制備的聚合物基固態電解質擁有超高的鋰鹽負載量和超低的玻璃轉變溫度和優異的離子電導率，輕薄且具有良好的柔韌性。在裝配成鋰離子電池后，全固態鋰離子電池的工作溫度下降到50℃。

技術領域

本發明涉及鋰離子固態電解質技術領域，更具體地，涉及一種具有室溫高離子電導率的聚合物基固態電解質的制備方法。

背景技術

鋰離子電池目前有液態鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLB)兩類，液態鋰離子電池使用液體電解質，聚合物鋰離子電池則以固體聚合物電解質來代替，這種聚合物鋰離子電池具有安全性能好、重量輕、容量大和內阻小等特點。

現有的聚合物基固態電解質多采用以聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氧化乙烯(PEO)以及聚氨酯(PU)作為基體與鋰鹽共混而后經過涂覆成膜，依靠電解質活性物質與聚合物形成相互作用力使鋰鹽在聚合物中均勻地分散，利用聚合物分子鏈的運動實現鋰離子的傳輸。但是，由于這類聚合物玻璃化轉變溫度高，常溫下分子鏈運動困難，此外聚合物結晶度高使得鋰鹽在聚合物中的持有量不高導致這類聚合物基固態電解質室溫下離子電導率低下，同樣致使固態電池室溫電性能低下，不利于實際應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對現有的固態電解質離子電導率低下不足，提供一種具有室溫高離子電導率的聚合物基固態電解質的制備方法。

本發明的目的通過以下技術方案予以實現：

一種具有室溫高離子電導率的聚合物基固態電解質的制備方法，制備步驟包括：

S1.配置基體溶液：將聚合物基體溶于良溶劑中，配置一定濃度的基體溶液。

S2.配置功能單體溶液：取一定量的二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰(LiTFSI)溶于功能單體中形成LiTFSI/功能單體溶液；另取一定量的三（三氟磺酸）鋁((CF₃SO₃)₃Al)溶于功能單體形成(CF₃SO₃)₃Al/功能單體溶液。

S3.配置前驅液：將S2中所述LiTFSI/功能單體溶液和(CF₃SO₃)₃Al/功能單體溶液按一定比例混合均勻，形成混合液，然后將混合液加入到S1所述的聚合物基體溶液中攪拌均勻制成前驅液。

S4.制備固態電解質膜：將S3中所述前驅液涂在鋰片上，然后將涂有前驅液的鋰片干燥，得到具有室溫高離子電導率的聚合物基固態電解質膜。

進一步地，S1所述聚合物基體為聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯全氟丙烯（PVDF-HFP）或聚氧化乙烯(PEO)中的一種或多種。

進一步地，S1所述良溶劑為丙酮、N,N-二甲基甲酰胺或去離子水。優選地，聚合物為聚氧化乙烯(PEO)時，良溶劑采用去離子水。聚合物基體為聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯全氟丙烯（PVDF-HFP）時，良溶劑采用丙酮。

進一步地，S1所述基體溶液濃度為10~50wt.%。優選地，S1所述基體溶液濃度為...wt.%。

進一步地，S2所述功能單體為1,3-二氧五環(DOL)、縮水甘油、環氧丙烷的一種或多種。