[发明专利]含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于制造新型高性能电池的电解质及其制备工艺，特别是涉及一种锂离子电池用的固态聚合物电解质及其制备方法，还涉及一种室温POSS基离子液体的电解质及其制备方法，应用于锂离子电池的电解质膜技术领域。

背景技术

近年来，离子液体因其极低的蒸汽压、不可燃性、高的离子电导率和宽的电化学窗口等优异的物理和化学性质，在特殊催化溶剂、电容器、电化学传感器尤其是太阳能敏化电池、燃料电池和锂离子电池电解质中得到了广泛的应用。固态聚合物固态电解质可以解决传统液态电解质容易燃烧和泄漏等安全问题，但其局限性是其低的离子电导率。为了提高聚合物电解质室温离子电导率，近年来研究者除了加入增塑剂或者采用共聚合接枝降低聚合物结晶度外，也通过在聚合物电解质中掺入不同类型的纳米材料来改善聚合物电解质的性能和降低结晶度从而提高离子电导率。但是固态聚合物电解质真正从试验室进入商业化应用，其离子电导率、膜的力学性能、稳定性还有很远的路要走。POSS是一类特殊的具有笼型结构的有机无机纳米材料，POSS基离子液体兼具POSS和离子液体优点，具有好的热稳定性和优异的离子电导率，离子液体具有极低的蒸汽压、不可燃性、高的离子电导率和宽的电化学窗口等优异的物理和化学性质，因此在电容器、电化学传感器、电池电解质中有潜在的应用前景，也得到了一些应用。但鉴于安全和稳定性的考虑，人们一直在寻求具有更高的锂离子导电性的固体电解质材料。现有的固态聚合物电解质的导电性、电化学窗口宽度、电化学稳定性以及电解质膜的综合性能还不够理想，其制备工艺较为复杂，不利于产业化应用，由其组装的锂离子电池的循环稳定性和倍率性能有待于提高，来满足新型高性能电池的需要。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质及其制备方法，利用自制的一系列室温POSS基离子液体用于制备新型固态聚合物电解质自支撑膜，所制含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质膜具有较高的离子电导率和电化学稳定性，由其组装的锂离子电池表现出良好的循环稳定性和倍率性能。本发明提供的含POSS基离子液体的固态聚合物电解质方法工艺简单，环境污染小，可实现大规模生产。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质，所含组份及其重量份数如下：

聚氧化乙烯为10-30份；

聚(偏氟丙烯-六氟丙烯)为10-50份；

增塑剂为不大于20份；

锂盐为3-10份；

室温POSS基离子液体不大于5份；

其中在所述固态聚合物电解质中，所述锂盐组分的质量含量为：聚氧化乙烯中EO与锂盐中的Li的物质的量比为(5-20):1。

上述锂盐优选采用双三氟甲基磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂和四氟硼酸锂中的任意一种盐或任意几种的混合盐。

上述增塑剂优选采用碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯中的任意一种或任意几种的混合物。

优选上述室温POSS基离子液体的结构通式为：

在通式中，当n＝2时，为POSS-PrMIM；当n＝3时，为POSS-BMIM；n＝4时，为POSS-PeMIM；n＝5时，为POSS-HMIM。

作为本发明优选的技术方案，在固态聚合物电解质中，聚氧化乙烯和聚(偏氟丙烯-六氟丙烯)的组份重量份数比例为1：(1-3)；聚氧化乙烯中EO与锂盐中的Li的物质的量比为(8-12):1；聚氧化乙烯和室温POSS基离子液体的组份重量份数比例为(5-11):1。

本发明固态聚合物电解质优选由聚氧化乙烯、聚(偏氟丙烯-六氟丙烯)、锂盐和室温POSS基离子液体组成。

作为本发明优选的技术方案，优选利用各组份制成含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质自支撑膜。

一种本发明含室温POSS基离子液体的固态聚合物电解质的制备方法，包括如下步骤：

a.各组分按重量份数分别称量：聚氧化乙烯为10-30份；聚(偏氟丙烯-六氟丙烯)为10-50份；增塑剂为不大于20份；室温POSS基离子液体不大于5份；然后将称量好的各原料倒入圆底烧瓶中，并向圆底烧瓶中加入一定量的溶剂，在室温～80℃的温度下进行搅拌1-12小时，使原料充分溶解混合，得到混合液；上述溶剂优选采用二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和乙腈中的任意一种溶剂或任意几种的混合溶剂；