[发明专利]互穿网络结构P(LiAMPS)基单离子传输凝胶聚合物电解质薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物电解质薄膜的制备方法，具体涉及互穿网络结构P(LiAMPS)基单离子传输凝胶聚合物电解质薄膜的制备方法。

背景技术

凝胶型聚合物电解质室温离子电导率高，是最有希望应用于锂离子电池中的聚合物电解质。通常的凝胶型聚合物电解质是由聚合物、增塑剂和锂盐形成的具有合适的微结构，利用固定在微结构中的液态电解质分子实现离子传导。

凝胶型聚合物电解质通常的聚合物基体有聚醚(PEO)，聚丙烯腈(PAN)，聚甲基丙烯酸酯(PMMA)，聚偏氟乙烯(PVDF)和偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物P(VDF-HFP)等，常用的锂盐有LiClO₄，LiPF₆，LiCF₃SO₃，LiN(CF₃SO₂)₂，LiBF₄等。在这些凝胶体系中，通过外加锂盐提供导电载流子，锂盐的阴阳离子在电场作用下分别向正负极移动，同时参与导电。但是，在这一过程中阴离子不参与电极反应，在电极/电解质的界面附近堆积起来形成浓度梯度，产生浓差极化现象。进而形成与外加电场相反的极化电势，电解质内部电势降低，阻碍锂离子的迁移，导致材料的离子电导率随时间迅速衰减，电流密度降低，严重影响电池的能量密度和使用寿命。

聚合物电解质和液态电解质相比，最大的不同是聚合物电解质能薄膜化，因此他必须有足够好的尺寸稳定性，以满足电池制备的要求。现有的凝胶型聚合物电解质中由于含有大量的增塑剂，所以尺寸稳定性较差，影响了其在锂离子电池中的实际应用。

发明内容

本发明要解决现有凝胶聚合物电解质的离子迁移数低和尺寸稳定性差等问题；而提供了互穿网络结构P(LiAMPS)基单离子传输凝胶聚合物电解质薄膜的制备方法。

本发明中互穿网络结构P(LiAMPS)基单离子传输凝胶聚合物电解质薄膜的制备方法是按下述步骤进行的：一、将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)加入N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，制成质量浓度为30％的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的N，N-二甲基甲酰胺溶液，然后缓慢加入碳酸锂(Li₂CO₃)，加碳酸锂需要30～40min，搅拌2h，其中2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸与碳酸锂的摩尔比为2∶1，得到LiAMPS单体的DMF溶液；二、然后向步骤一获得的LiAMPS单体的DMF溶液中加入乙烯基三乙氧基硅烷(简称VTES)，乙烯基三乙氧基硅烷与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的摩尔比为1∶1，再加入偶氮二异丁腈(简称AIBN，作为引发剂)，偶氮二异丁腈用量是LiAMPS单体的DMF溶液和VTES总质量的1％，然后在70～80℃温度下聚合反应5h，得到共聚物P(LiAMPS-co-VTES)的DMF溶液；三、将聚乙二醇二甲基丙烯酸甲酯(简称PEGDMA)加入共聚物P(LiAMPS-co-VTES)的DMF溶液中，共聚物P(LiAMPS-co-VTES)的DMF溶液与聚乙二醇二甲基丙烯酸甲酯的重量比为1∶1.5～4，搅拌均匀，加入占共聚物P(LiAMPS-co-VTES)的DMF溶液和PEGDMA的总质量1％的偶氮二异丁腈，通氮气排除氧气后得到混合物，将此混合物浇注到模具中后置于烘箱中，在75℃条件下聚合5h，再在75℃条件下烘干24h得到聚合物薄膜；四、将步骤三获得的聚合物薄膜在增塑剂中浸泡60min，所述增塑剂是由碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯按1∶1的质量比混合得到的，得到互穿网络结构P(LiAMPS)基单离子传输凝胶聚合物电解质薄膜。