[發(fā)明專利]一種全固態(tài)高強度脂肪族聚氨酯柔性電解質(zhì)及制備方法

有效

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• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112467201B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設計）人: 宋慧宇;楊銳;鄭廣麗;李芳;杜麗;崔志明
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 北京卓特專利代理事務所(普通合伙) 11572
• 代理人: 段宇

本發(fā)明公開了全固態(tài)高強度脂肪族聚氨酯柔性電解質(zhì)，其特征在于，按照重量份包括：脂肪族聚氨酯：100份；增塑劑：0.5～2份；乙烯基MQ樹脂：2～10份；鋰鹽：5～20份；結晶度大于50％的聚酯樹脂5?20份；結晶度小于30％的聚酯樹脂10?50份，本方法制備的全固態(tài)高強度脂肪族聚氨酯柔性電解質(zhì)能顯著地提高離子電導率，其中高結晶度的聚酯樹脂和低結晶度的聚酯樹脂的界面結合性能好，低結晶度的樹脂充分溶解在電解質(zhì)當中，高結晶聚酯樹脂作為分散相，增強鋰鹽在電解質(zhì)中的分散性，同時增強了電解質(zhì)的力學性能。

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種全固態(tài)電解質(zhì)。

背景技術

鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度高、循環(huán)次數(shù)多、自放電低和無記憶效應等優(yōu)點，作為儲能電池應用領域不斷拓寬，熱別是在手機、電腦、數(shù)碼相機、機器人、航空航天和新能源汽車等領域成為不可或缺的部件。隨著用電器件對鋰離子電池的要求不斷提高，高能量密度、高倍率性能、長循環(huán)壽命、安全性高和低成本是當今主要研究方向。鋰離子電池的主要部件是正極、負極、隔膜和電解質(zhì)，電解質(zhì)材料是決定鋰離子電池安全穩(wěn)定性的關鍵因素之一。目前，鋰離子電池仍以液態(tài)電解質(zhì)為主，但其存在電解液泄露、腐蝕、發(fā)生副反應和易燃易爆的風險。若采用固態(tài)電解質(zhì)可以有效避免液態(tài)電解質(zhì)的上述缺點，同時能簡化密封工藝，提高生產(chǎn)效率。由此制得的固態(tài)鋰離子電池形狀變化多樣，可以反復彎曲折疊，能夠滿足更多場合應用。

固態(tài)電解質(zhì)通?？煞譃闊o機固態(tài)電解質(zhì)和聚合物固態(tài)電解質(zhì)，其中聚合物固態(tài)電解質(zhì)具有離子導電率高、能量密度高、制備簡單等優(yōu)點，從而受到廣大研究者的持續(xù)關注。當前主流制備聚合物固態(tài)電解質(zhì)往往是選擇聚氧化乙烯(PEO)為基材，但PEO機械強度差，熔點低限制了電池溫度，導致不可在高溫下使用，同時其結晶度高造成鋰離子傳遞困難使得離子電導率較低。比如中國專利CN104241686A公布了一種全固態(tài)復合電解質(zhì)膜，其以聚氧化乙烯、無機填料與鋰鹽為原料，通過溶液共混法制備得到，該專利就存在上述問題。因此部分研究者轉(zhuǎn)向其他聚合物基體，其中聚氨酯因其特殊的“硬軟段結構”而受到及較多關注，其硬段保證結構的空間穩(wěn)定性與機械性能，而軟段提高了鋰鹽在聚合物中的溶解性進而提高了聚合物電解質(zhì)的離子電導率。然而研究者普遍選擇了常見的芳香族聚氨酯為基體來制備聚合物電解質(zhì)，該種聚氨酯由于苯環(huán)空間位阻較大，使得聚氨酯分子鏈段在室溫下運動能力較弱，限制了鋰離子的傳導進而導致離子電導率偏低。比如《鋰電池用聚酯型聚氨酯基固態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備及性能》中作者制備了不同聚氨酯體系的固態(tài)聚合物電解質(zhì)，芳香族聚氨酯體系MDI-PU和TDI-PU在250℃時的離子電導率分別為3.6×10^-7S/cm與2.1×10^-7S/cm,低于脂肪族體系HMDI-PU和IPDI-PU的5.8×10^-7S/cm和4.4×l0^-7S/cm。為了進一步提高聚氨酯電解質(zhì)的離子電導率，仍需要增大分子間自由體積，提高分子鏈段運動能力。同時聚合物電解質(zhì)普遍存在鋰鹽與其他助劑分散不均勻的問題，這也降低了其離子電導率。隨著聚合物電池應用領域的不斷拓展，比如在某些場景需要其可折疊或彎曲，要求聚氨酯電解質(zhì)薄膜有更高的拉伸強度。因此選擇合適的聚氨酯基體、助劑、填料與鋰鹽復合制備具有高強度高離子電導率的柔性聚合物電解質(zhì)具有顯著的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，公開了一種全固態(tài)高強度脂肪族聚氨酯柔性電解質(zhì)，按照重量份包括：

脂肪族聚氨酯：100份；

增塑劑：0.5～2份；

乙烯基MQ樹脂：2～10份；

鋰鹽：5～20份；

結晶度大于50％的聚酯樹脂5-20份；

結晶度小于30％的聚酯樹脂10-50份；

在一個優(yōu)選的實施例當中，所述的脂肪族聚氨酯如下：