[發(fā)明專利]半固態(tài)聚合物電解質(zhì)及制備方法、鋰金屬電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010820619.2
• 申請(qǐng)日: 2020-08-14
• 公開（公告）號(hào): CN112029132B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張運(yùn)豐;王佳穎;何陽(yáng);霍士康;程寒松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號(hào): H01M10/0565
• 分類號(hào): H01M10/0565;C08J7/16;H01M10/052;C08L79/04
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

本發(fā)明提供了一種半固態(tài)聚合物電解質(zhì)及制備方法、鋰金屬電池，該半固態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備方法，包括：將4,4'?二羥基二苯砜溶解于溶劑中，然后加入硼氫化鋰，反應(yīng)后得到第一產(chǎn)物；將第一產(chǎn)物與聚苯并咪唑溶解在N,N二甲基乙酰胺中制備得到澆鑄液，將澆鑄液流延在基板上，然后將基板浸入乙酸乙酯中除去N,N二甲基乙酰胺，干燥后得到聚合物電解質(zhì)膜，備用；將丙烯酸酯類單體與引發(fā)劑溶解在電解液中，制備得到前驅(qū)液；將聚合物電解質(zhì)膜浸泡在前驅(qū)液中，進(jìn)行聚合反應(yīng)及制備得到半固態(tài)聚合物電解質(zhì)。本發(fā)明的半固態(tài)聚合物電解質(zhì)具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定的電解質(zhì)?電極界面。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰金屬電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半固態(tài)聚合物電解質(zhì)及其制備方法、鋰金屬電池。

背景技術(shù)

隨著尖端消費(fèi)類電子產(chǎn)品，電動(dòng)汽車和智能電網(wǎng)對(duì)能量密度的高度期望，強(qiáng)烈考慮開發(fā)具有超高能量密度的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。因?yàn)殇嚱饘倬哂凶罡呃碚摫热萘?3860mA h g^-1)，低密度(0.59g cm^-3)和最低氧化還原電勢(shì)(-3.04V vs.標(biāo)準(zhǔn)氫電勢(shì))等優(yōu)勢(shì)，所以，鋰金屬電池(LMBs)與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，具有較高的能量密度，成為了先進(jìn)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)有潛力的候選人。然而，鋰金屬電池(LMBs)面臨著嚴(yán)重的枝晶生長(zhǎng)問題，這些問題會(huì)引起嚴(yán)肅的安全問題，阻礙了其的實(shí)際應(yīng)用。

目前，相關(guān)技術(shù)中，凝膠聚合物電解質(zhì)同時(shí)具有液體電解質(zhì)和全固態(tài)聚合物電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，可以有效解決鋰金屬電池固有的安全性問題，但是在凝膠聚合物電解質(zhì)中，液體增塑劑的含量較高，不僅會(huì)影響聚合物電解質(zhì)膜的機(jī)械強(qiáng)度，而且會(huì)使得所形成的電解質(zhì)-電極界面不穩(wěn)定，進(jìn)一步影響了電池的電化學(xué)性能。

基于相關(guān)技術(shù)存在的缺陷，有必要對(duì)目前的凝膠聚合物電解質(zhì)進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提出了一種半固態(tài)聚合物電解質(zhì)及其制備方法和鋰金屬電池，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定的電解質(zhì)-電極界面以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的電解質(zhì)-電極界面不穩(wěn)定的技術(shù)問題。

第一方面，本發(fā)明提供了一種半固態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備方法，包括：

將4,4'-二羥基二苯砜溶解于溶劑中，然后加入硼氫化鋰，反應(yīng)后得到第一產(chǎn)物；

將第一產(chǎn)物與聚苯并咪唑溶解在N,N二甲基乙酰胺中制備得到澆鑄液，將澆鑄液流延在基板上，然后將基板浸入乙酸乙酯中除去N,N二甲基乙酰胺，干燥后得到聚合物電解質(zhì)膜，備用；

將丙烯酸酯類單體與引發(fā)劑溶解在電解液中，制備得到前驅(qū)液；

將聚合物電解質(zhì)膜浸泡在前驅(qū)液中，進(jìn)行聚合反應(yīng)及制備得到半固態(tài)聚合物電解質(zhì)。

可選的，所述溶劑包括四氫呋喃。

可選的，所述丙烯酸酯類單體包括季戊四醇四丙烯酸酯，所述引發(fā)劑包括偶氮二異丁腈。

可選的，加入硼氫化鋰之前將硼氫化鋰使用溶劑稀釋。

可選的，加入硼氫化鋰后于氬氣保護(hù)下，且控制溫度為42～47℃反應(yīng)5～7h，然后將反應(yīng)產(chǎn)物干燥后使用無水乙腈洗脫，繼續(xù)干燥即得第一產(chǎn)物。

可選的，然后將反應(yīng)產(chǎn)物干燥后使用無水乙腈洗脫，繼續(xù)干燥即得第一產(chǎn)物具體包括：將反應(yīng)產(chǎn)物于55～65℃下鼓風(fēng)干燥后，將干燥后的產(chǎn)物使用無水乙腈洗脫，然后于75～85℃下繼續(xù)干燥即得第一產(chǎn)物。

可選的，聚苯并咪唑與第一產(chǎn)物的質(zhì)量比為0.5～3。

可選的，然后將基板浸入乙酸乙酯中除去N,N二甲基乙酰胺，干燥后得到聚合物電解質(zhì)膜，其中，干燥具體包括：先于室溫下干燥10～14h，然后于90～110℃的真空烘箱中干燥24h。

第二方面，本發(fā)明還提供了一種半固態(tài)聚合物電解質(zhì)，其特征在于，根據(jù)所述的制備方法制備得到。