[发明专利]一种掺杂聚氨基薁的有机聚合物电解质薄膜的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种掺杂聚氨基薁的有机聚合物电解质薄膜的制备方法，将有机小分子氨基薁加入到酸中质子化聚合，形成聚氨基薁导电聚合物，同时将聚氧化乙烯、双三氟甲基磺酰亚氨锂、聚氨基薁溶解到无水乙腈中，在聚四氟乙烯板上通过溶液浇铸法制得复合电解质薄膜，并置于真空烘箱中采用真空烘干，转移至手套箱中，组装测试即可；聚氨基薁在提高离子导电性和机械强度方面起着关键作用，而聚氧化乙烯提供了灵活性，并确保固体电解质与全固态电池中的电极之间的稳定无缝接触。所制备的电解质在60℃时具有1.079×10^‑3S/cm的高离子电导率、0.51的高锂离子迁移数和高电压稳定性。满足商业化全固态聚合物电解质对电导率的要求。

技术领域

本发明涉及能源材料领域，尤其涉及一种掺杂聚氨基薁的有机聚合物电解质薄膜的制备方法及其应用。

背景技术

锂离子电池是现代社会最有前途的储能装置之一，其能量和功率密度高，在市场普遍存在。不幸的是，传统锂离子电池中的液体电解质含有易燃、易腐蚀和热不稳定的有机溶剂，可能引起火灾和爆炸危险。全固态电池采用柔性固态电解质可以有效地缓解这些安全问题，并通过消除易燃的有机液体电解质来提高能量密度，还可以有效地抑制锂离子电池中主要由锂枝晶引发的短路问题。此外，高稳定性的固态电解质可以扩大电化学窗口，从而提高固态电池的功率密度。

一般来说，固体电解质分为两大类：聚合物电解质和无机电解质。无机电解质具有高离子导电性，支持电池在宽温度范围内工作。然而，金属锂在无机电解质中界面不稳定会引发严重的电池失效。相对而言，聚合物电解质具有一些互补的优点，如透明性、轻质性、柔韧性、成膜性和易加工性，在过去的几十年中，经过大量的开创性工作，聚合物全固态电池的性能得到了极大的提高。通常，理想的聚合物固态电解质应满足一些特定的要求，如高离子电导率(与液体电解质相当)、高锂离子迁移数、低界面电阻、优异的热稳定性和电化学稳定性以及足够的机械强度。

聚氧化乙烯是最常用的聚合物基体。然而，聚氧化乙烯基的固态电解质在室温下的离子电导率较低，约为10^-8至10^-7S/cm。因此，广泛的研究集中在将材料引入聚合物基体以增强聚合物电解质的离子电导率。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供掺杂聚氨基薁的有机聚合物电解质薄膜的制备方法及其应用。本发明的聚合物薄膜全固态电解质具有高离子电导率、宽电化学稳定窗口及优异机械性能的特点，能够应用于全固态锂电池，且在高温工作时，具有较高的比容量以及较好的容量保持率。

为实现上述目的，本发明提供了一种掺杂聚氨基薁的有机聚合物电解质薄膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)取氨基薁溶于质子化酸中，然后在环境条件下滴加过硫酸铵水溶液，搅拌，反应结束后，用去离子和乙醇洗涤，置于真空烘箱下干燥；

(2)将聚合物基体、盐和聚氨基薁溶解于无水乙腈中，搅拌均匀获得黑色的混合溶液；

(3)将步骤(2)所得的混合溶液转移到聚四氟乙烯板上，并置于室温下，待混合溶液中的无水乙腈挥发完全后，置于真空烘箱中，烘干，以保证除去溶剂，待烘干后即获得致密的有机聚合物电解质薄膜；

(4)将步骤(3)所获得的有机聚合物电解质薄膜，根据电极极片大小，冲压成直径为12-19mm的圆片状薄膜，置于手套箱中备用。

进一步地，步骤(2)中掺杂的所述聚氨基薁的质量分数为5-15％。

进一步地，步骤(1)中所述质子化酸为高氯酸、六氟磷酸、四氟硼酸、双三氟甲基磺酰、聚苯乙烯磺酸、盐酸中的一种或多种。

进一步地，步骤(2)中所述盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、三氟甲磺酸锂、双氟磺酰亚胺锂中的至少一种。