[发明专利]一种具有半互穿网络结构的聚合物电解质及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有半互穿网络结构的聚合物电解质及其制备方法，连续的线性聚合物基体作为骨架结构，为聚合物电解质提供机械支撑；通过向所述线性聚合物基体表面及内部填充另一种具有网络结构的聚合物，形成半互穿式结构。本发明提供的聚合物电解质，可以提高聚合物的力学性能和对锂稳定性，同时提高电池的循环性能及热稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种具有半互穿网络结构的聚合物电解质及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为最主要的储能器件之一，具有能量密度高、输出功率大、电压高、自放电小、工作温度范围宽、无记忆效应和环境友好等优点，已广泛应用于电动车、轨道交通、大规模储能和航空航天等重要领域。目前，商业化的锂离子电池采用有机电解液，该电解液和电极材料在充放电过程中易发生副反应，导致电池容量不可逆衰减；同时电池在长期服役过程中，有机电解液会出现挥发干涸、燃烧爆炸等现象影响电池寿命及引发严重的安全问题。使用聚合物电解质代替有机电解液的聚合物锂离子电池在提高电池能量密度的同时，有望解决电池的安全性问题，具有较好的开发前景，是获得高能量密度、安全性和长循环寿命的锂离子电池的根本途径。

聚合物电解质由于其柔韧性和良好的成膜性得到广泛研究。目前最常见的聚合物电解质基体包括聚氧化乙烯(PEO)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)和聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物。然而聚合物电解质基体在结晶度、离子导电率、机械性能和热稳定性等方面存在普遍缺陷，另外在电池循环过程中，界面相容性也是影响锂离子电池性能的重要因素之一。在以往的研究中，通过共混、共聚、交联等方式对聚合物进行改性，是提高聚合物电解质机械性能，降低结晶度，提高离子电导率的有效手段。其中共聚、共混操作简单，但不利于提高聚合物电解质的综合性能；共聚反应过程较为复杂，难以控制反应程度，容易造成聚合过度，影响聚合物电解质性能。设计兼顾力学性能、热稳定性和界面稳定性的聚合物电解质具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有半互穿网络结构的聚合物电解质及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种具有半互穿网络结构的聚合物电解质及其制备方法，所述方法包括如下步骤：

A)将一定量的线性聚合物基体和锂盐分别溶解在溶剂中，加热搅拌，二者充分溶解后混合，充分搅拌形成均一的溶液；

B)将所述溶液浇铸在干净的聚四氟乙烯槽中或玻璃板上，真空加热条件下挥发全部溶剂，裁成一定规格的聚合物电解质圆片备用；

C)将一定量的交联单体与引发剂混合并搅拌以形成均一的前驱体溶液，将所述聚合物电解质圆片浸入所述前驱体溶液中，通过加热或光引发的方法引发聚合，在线性聚合物表面及内部形成半互穿网络结构。

作为优选的技术方案，步骤A中线性聚合物基体选自聚环氧乙烷(PEO)、聚环氧丙烷(PPOX)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯六氟丙烯(PVDF-HFP)中的一种或几种。

作为优选的技术方案，步骤A中锂盐选自高氯酸锂(LiClO₄)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、二草酸硼酸锂(LiBOB)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)、双氟磺酸亚胺锂(LiFSI)、六氟磷酸锂(LiPF₆)、四氟硼酸锂(LiBF₄)中的一种或几种。

作为优选的技术方案，步骤A中锂盐与聚合物基体的摩尔比为1∶(5～50)

作为优选的技术方案，步骤A中溶剂选自乙腈、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、氯仿、二氯甲烷、四氢呋喃、二甲亚砜中的一种或几种。

作为优选的技术方案，步骤A中聚合物基体与溶剂的质量比为1∶(5～50)