[发明专利]一种制备单离子固态聚合物电解质的方法

说明书

本专利公开了一种制备单离子固态聚合物电解质的方法，具体为将高聚物溶解在适宜的溶剂中，配制成均一的混合溶液，然后将单体、引发剂、交联剂和2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸锂盐加入到高聚物溶液中，搅拌均匀后，经超声除去溶液中的空气，然后在50～70℃的真空干燥箱中引发聚合，再升温至80℃，待溶剂挥发后即成聚合物电解质膜。所制备的聚合物电解质膜是一种半互穿网络结构的交联聚合物膜，聚合物膜的机械强度高；阴离子固定在聚合物链段上，锂离子的迁移更加容易，可以提高聚合物电解质的离子电导率；同时该方法制备过程简单，不需要复杂的工艺流程，所制备的聚合物电解质膜具有优异的加工性能。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体为聚合物电池中可以兼具隔膜和电解液双功能的聚合物电解质膜。

背景技术

由于锂离子电池具有高电压、高能量密度、循环寿命长和自放电小的特点，被广泛应用于笔记本电脑、手机、平板电脑以及其他电子设备中，但是传统的锂离子电池中用来传递锂离子的主要是有机电解液，而电解液的存在严重限制了锂离子电池的加工形状，并且电解液多为有毒的物质，对人体有一定的危害，特别是有机电解液在锂离子电池中的存在有着易泄漏、易挥发和易燃的缺点，在高温下会发生燃烧甚至爆炸的事故。而固态聚合物电池具有安全性能好、能量密度高、工作温度区间广和循环寿命长等优点，是锂离子电池领域的研究热点之一。此外，聚合物电解质膜通常还具有优异的力学性能，可以很好地抑制锂金属电极在充放电过程中的枝晶生长，所以在锂金属电池领域也具有十分重要的应用价值。若采用固态聚合物电解质，一方面可以解决主流锂离子电池电解液易燃、易泄漏和易挥发的问题，大大提高了电池的安全性能；另一方面，聚合物电解质是采用高聚物成膜，且聚合物电解质膜具有良好的加工性能，又可以大大扩展聚合物电池的加工形状。半互穿网络聚合物(semi-IPN)作为一种具有特殊交联网状结构的聚合物基质，在semi-IPN中，一般会形成双连续相的形态结构，并且每一连续相表现出各自的独特性能，所以该结构有可能增强电解质机械强度的同时提升其离子导电性能。OH B等利用聚甲基氢硅氧烷合成了侧链含有低聚乙二醇单元的单梳状聚硅氧烷(PMHS-PEG)，研究人员用PMHS-PEG与交联剂聚乙二醇二甲基丙烯酸酯按照不同比例制备了半互穿网络结构的聚硅氧烷基固态聚合物电解质。该电解质的最高室温离子电导率接近10-4S/cm，且400℃以上仍具有很好的稳定性，电化学稳定窗口达到4.5V。在传统阴阳离子共同迁移的电解质体系中，锂离子迁移数较低，阴离子的迁移会导致体系内部的浓差极化，降低电池的循环使用性能(OH B，VISSERS D，ZHANG Z，etal.New interpenetrating network type poly(siloxane-g-ethylene oxide)polymerelectrolyte for lithium battery[J].Journal of Power Sources，2003，119(6)：442-447)。ROLLAND J等则在大分子自组装的设计思路指导下合成了一种二嵌段共聚物形式的聚合物锂单离子导体(PS-b-P(MALi-co-POEGMA)(ROLLAND J，POGGI E，VLAD A，etal.Single-ion diblock copolymers for solid-state polymer electrolytes[J].Polymer，2015，68：344-352)。其中，PS部分负责提供结构支撑，PMALi负责提供Li+，POEGMA部分则负责Li+的传导。该聚合物单离子导体的离子电导率达到2×10-5S/cm。另外，该聚合物单离子导体也表现出较宽的电化学稳定窗口(4.5V)和极好的电极界面钝化能力。

发明内容