[發明專利]一種固態電解質的制備方法

在審

• 申請號: 202210179558.5
• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114479136A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 歐星;方紹鈞;張寶;明磊
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C08J3/28
• 分類號: C08J3/28;C08L27/16;C08L71/02;C08K5/435;H01M10/0565;H01M10/052
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本發明提供了一種固態電解質的制備方法，包括：S1)通過自由基反應使聚合物形成交錯網絡，借助引發劑激活制備多組分交聯或是聚合物骨架相互貫通構筑內部三維立體離子通路組分的復合固態電解質；S2)通過調控鋰鹽聚合物比例，制備具有高離子電導率的新型固態電解質。與現有技術相比，本發明通過光聚合的方式使得聚合物單體聚合交聯形成網絡，改善了固態電解質的強度，并提供了豐富的與鋰鹽結合的位點，促進無定形區的形成，加快了離子在固態電解質中的傳輸，從而實現了室溫下的高離子電導率，有利于提升鋰金屬電池的電化學穩定性和倍率性能。

技術領域

本發明屬于鋰金屬電池技術領域，尤其涉及一種高離子電導率的固態電解質的制備方法。

背景技術

商用鋰離子電池憑借著高性能、高容量等優點，自1991年引入以來就得到廣泛的使用。然而，隨著對鋰離子電池能量密度和安全性要求的不斷提升，人們逐漸把目光投向新型的全固態鋰金屬電池。通過用固態電解質替代液態電解質，也是實現固態鋰金屬電池高能量密度、長循環壽命和高安全性的關鍵。

在固態電解質中，聚合物固態電解質具有高的安全性和優異的力學性能，能與正負極良好接觸，還兼具低成本的特點，被認為是鋰金屬電池中最具有潛力的電解質之一。然而，聚合物固態電解質的離子電導率很低，室溫下僅僅只有10^-7～10^-6S·cm^-1，嚴重制約了其在鋰金屬電池中的實際應用。當前主要是通過將無機電解質與聚合物電解質進行復合，利用無機電解質離子電導率高的特點，提升整體的離子電導率，同時依舊保持良好的兼容性，綜合了二者的優勢，從而實現提升性能的目的。然而，主流的復合電解質中，無機電解質和無定形態的聚合物電解質都能夠提供Li⁺傳輸的通道，Li⁺的傳輸速度也取決于無機相顆粒在聚合物相中的分散程度以及聚合物相的無定形程度；同時，由于無機顆粒的尺寸不均勻，導致無機相和聚合物相的接觸較小，并且較難改變聚合物相的結晶狀態，實際上對于離子電導率的提升較為有限，這也極大阻礙了固態鋰金屬電池的商業化應用。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種高離子電導率的固態電解質的制備方法。

本發明提供了一種雙聚合物體系的固態電解質的制備方法，包括：

S1)將聚合物電解質溶解于有機溶劑，避光攪拌直至完全溶解；

S2)加入光聚合聚合物電解質和引發劑并避光攪拌，直至完全溶解形成透明溶液；

S3)加入鋰鹽并充分攪拌至透明，隨后在紫光燈下進行光聚合10-20分鐘；

S4)真空烘干，制得富含鋰鹽的固態電解質膜。

優選的，所述聚合物電解質為聚偏二氟乙烯六氟丙烯(PVDF-HFP)、偏二氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯三氟乙烯共聚物(PVDF-TrFE)中的一種或幾種，有機溶劑為N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、1,2-二甲氧基乙烷(DME)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)中的一種或幾種。

優選的，所述聚合物電解質的質量和有機溶劑的質量之比為1～3:10，攪拌時間為3～10小時。

優選的，所述光聚合聚合物電解質為聚乙二醇(PEG)、聚乙二醇丙烯酸酯(PEGDA)、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)、聚乙二醇二縮水甘油醚(PEGDE)中的一種或幾種，引發劑為硫酸胺和四甲基乙二胺混合物(APS/TMEDA)、2-芐基-2-二甲基氨基-1-(4-嗎啉苯基)丁酮(369光引發劑)、1-(4-(2-羥乙氧基)-苯基)-2-羥基-2甲基丙酮、2-羥乙基丙烯酸甲酯(HEMA)中的一種或幾種。

優選的，所述光聚合聚合物電解質的質量和聚合物電解質的質量之比為1～40:10，引發劑的質量與光聚合電解質的質量之比為1～5:100，攪拌時間為0.5～3小時。