[发明专利]一种改性聚硅氧烷基固体电解质膜的制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种改性聚硅氧烷基固体电解质膜(SPE)的制备方法和用途。本发明中SPE由聚(甲基氢硅甲烷)(PMHS)、腈基咪唑离子液体(IL‑CN)、烯丙基封端聚醚(PEO)、锂盐和交联剂制成。本发明的制备方法如下：1、将PMHS、PEO、IL‑CN在无水甲苯中充分混合，加入氯铂酸催化剂，一定温度下反应适当时间；2、将步骤1中的产物在无水乙腈中混入适量锂盐、交联剂和催化剂，充分搅拌后将溶液倒入聚四氟乙烯模具中，真空烘箱中加热交联固化，即得全固态聚合物电解质膜。获得的电解质具有较高的电导率、较宽的电化学稳定窗口、较高的稳定性，可用于锂二次电池中。

技术领域

本发明涉及一种改性聚硅氧烷基固体电解质膜的制备方法和用途。

背景技术

随着科学技术的进步，人们已经进入数字信息时代，可携带智能数码产品迅速发展。相应地，储能成为一个非常重要的科学技术课题。锂离子电池的出现和发展，不仅很大程度上解决了移动数字设备的储能问题，并且促进了数码产品的产业发展。譬如，智能手机、笔记本电脑、音响设备、游戏机、数码相机、掌上电脑等。另一方面，石油资源日渐枯竭，汽车尾气对生态环境影响日益显著，人们环保意识的不断增强。这使得锂离子二次电池这种高效的绿色移动储能设备脱颖而出，促进电动车行业飞速发展。

锂离子二次电池结构简单，主要是由正极、负极、隔膜和电解液组成。目前市售锂离子电池主要采用以碳酸酯为主要溶剂的液态电解质，所装配的电池在高温、碰撞、长时间使用等情况下容易发生电解液泄露、短路、爆炸等一系列安全问题，甚至危及人生安全。因此安全性的提升已成为锂电池领域亟待解决的问题。

固体聚合物电解质(SPE)应用在锂电池中能够同时兼顾电解液和隔膜的作用，具有不易燃、热稳定高、化学性能稳定等优点，从根本上解决锂电池在使用过程中面临的安全问题。但目前SPE普遍存在室温下离子电导率低、电化学稳定窗口不宽的问题，无法满足锂电池商业化使用要求。聚硅氧烷类电解质是一类比较有应用前景的固体聚合物电解质材料，聚硅氧烷以“Si-O”重复单元为主链，具有较高的柔韧性，同时与硅原子相连的侧链则可以包含各种有机基团，这些含侧链的聚硅氧烷可通过聚甲基含氢硅氧烷(PMHS)上具有很强还原性的Si-H键与双键通过硅氢加成反应来制备。由于聚硅氧烷具有较低玻璃化温度(低于-100℃)以及较高的热稳定性和化学稳定性，因此对聚硅氧烷类电解质改性研究具有十分重要的意义。

发明内容

本发明目的是为了解决现有全固态聚合物电解质中普遍存在室温下离子电导率低和电化学窗口窄的问题。本发明提供了一种改性聚硅氧烷基固体电解质膜的制备方法和用途。

本发明的改性聚硅氧烷基固态聚合物电解质膜通过以下步骤制备：

a、通过硅氢加成反应，将腈基咪唑离子液体和烯丙基封端聚醚接枝至聚(甲基氢硅甲烷)主链，制备出PIN-PMHS聚合物，

其中，腈基咪唑离子液体的结构式如式1所示，

PIN-PMHS聚合物的结构如式2所示，

式1，其中p/f≤0.14，x＝3～20，R为-C₂H₄或-C₃H₆，m为PMHS分子中剩余Si-H键含量

b、将步骤a中合成的PIN-PMHS聚合物与锂盐、交联剂、催化剂溶解在无水乙腈或丙酮溶剂中，室温下充分搅拌，混合均匀后将溶液倒入聚四氟乙烯模具中，真空烘箱中加热交联固化，即得全固态聚合物电解质膜。

优选的，所述步骤a具体如下：