[發明專利]一種電場誘導分子取向排列的聚合物電解質及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202211043052.8
• 申請日: 2022-08-29
• 公開（公告）號: CN115360415A
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 高國新;趙媛君;徐婧瑾;丁書江
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 賀小停

本發明公開了一種電場誘導分子取向排列的聚合物電解質及其制備方法和應用，制備所述聚合物電解質的原料包括：填料、單體、交聯劑、電解質鹽以及光引發劑，所述的交聯劑與單體的摩爾比為0.05％～10％；光引發劑與單體的摩爾比為0.1％～10％；電解質鹽與單體的摩爾比為1:12～2:1；所述的填料在所有原料的混合溶液中所占質量比為0.1％～30％。本發明的電場誘導分子取向排列的聚合物電解質具有高電導率，寬的溫度耐受范圍，高的結構穩定性，將其用于鋰離子電池的制備，并且電池可以很好的工作。

技術領域

本發明涉及聚合物電解質領域，特別涉及一種具有分子取向結構的聚合物電解質及其制備方法，具體涉及一種電場誘導分子取向排列的聚合物電解質及其制備方法和應用。

背景技術

當今便攜式電化學設備發展迅速對能源電池提出了越來越高的要求。鋰離子電池因其較高的能量密度和工作電壓，較低的成本，較長的循環壽命以及對環境基本無污染而被廣泛應用于各種電子設備的電源中。目前，液態電解質由于其較高的離子導電率成為大多數商業化鋰離子電池的選擇，但同時也存在許多問題，如安全性不足，密封性較差，操作溫度范圍有限，易被腐蝕，機械穩定性不足等等，因此需要研究一種新型電解質來替代液體電解質。新興的固態電解質由于其安全性高、不易燃、化學及電化學性穩定，易調節形狀結構等特性被認為是電化學應用中的理想材料，在近年來受到全世界的廣泛關注并得到了迅速發展。

固態聚合物電解質的優點很多，但是也因為存在離子電導率較低和機械性能較差等問題。而提高固態聚合物電解質離子電導率的最有效方法就是構建有序結構，使導電粒子在聚合物基體中對齊排列，形成連續的離子通道，更好更快地實現離子傳輸，從而有效提高聚合物電解質的離子電導率。因此，構建聚合物復合材料的有序結構有著重要的意義。構建有序結構聚合物復合材料的方法有很多，如電場、磁場、溫度場等，同時也有大量研究證明了這些方法的可行性。其中電場方法構建有序結構聚合物復合材料，具有填料添加量少、工藝簡單等優點，并且材料能表現出較好的光學、力學、電學等各向異性。

綜上所述，聚合物復合材料的結構對其性能有著重要的影響。而對于固態聚合物電解質，只有當導電粒子形成連續的鏈狀結構，構成導電離子通道，才能明顯提高聚合物電解質的導電性。在均質的聚合物復合電解質中，通常需要導電粒子的質量分數達到50％以上，才能形成連續的鏈狀結構，但是這樣就會大大降低薄膜的穩定性。因此，急需找出一種高效、普適性的方法，通過外力作用構建有序三維結構離子通道，提高導電性以及環境穩定性，獲得高離子電導率及環境穩定性的聚合物復合固態電解質。

現有固態電解質用于鋰離子電池時，由于其電導率低，只能在較高溫度下運行，與正負極存在界面接觸問題，導致循環壽命普遍較短，無法滿足大規模生產應用的要求。

發明內容

本發明是提供一種電場誘導分子取向排列的聚合物電解質及其制備方法和應用，以克服現有技術存在的缺陷，本發明是在電場作用下誘導小分子自組裝取向排列，并通過光固化原位固定此種排列的聚合物電解質，在技術上實現了創新，并改善聚合物電解質的綜合性能，本發明的電場誘導分子取向排列的聚合物電解質具有高電導率，寬的溫度耐受范圍，高的結構穩定性，在聚合物復合電解質領域具有廣泛的應用前景，將其用于鋰離子電池的制備，并且電池可以很好的工作。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種電場誘導分子取向排列的聚合物電解質，所述聚合物電解質的制備原料包括：填料、單體、交聯劑、電解質鹽以及光引發劑，所述的交聯劑與單體的摩爾比為0.05％～10％；光引發劑與單體的摩爾比為0.1％～10％；電解質鹽與單體的摩爾比為1:12～2:1；所述的填料在所有原料形成的混合溶液中所占質量百分比為0.1％～30％；

所述的填料為有機填料或無機填料；

所述的單體為聚乙二醇單甲醚丙烯酸酯、乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、聚乙二醇甲基丙烯酸酯和甲基丙烯酸羥乙酯中的一種或多種的混合；