[发明专利]一种锂电池用固态聚电解质及其制备方法

说明书

一种锂电池用固态聚电解质及其制备方法，属于锂离子电池电解质领域。包括以下步骤：称取聚醚‑聚酰胺类嵌段共聚物或购买来的商用Pebax加入有机溶剂中，30～80℃加热条件下搅拌至完全溶解，得到浓度为0.12g/ml‑0.25g/ml的溶液，向其中加占聚合物基体5％‑60％的锂盐，继续搅拌至充分混合，然后将该混合液脱泡后，得到聚电解质铸膜液；将聚电解质铸膜液用刮刀均匀地刮涂在聚四氟乙烯板上，室温静置后，在30～80℃的条件下真空干燥6～24h。由于聚醚和聚酰胺形成的嵌段结构能破坏其聚合物链段的规整度，有效抑制聚合物结晶，促进Li⁺在链间的快速传输，从而提高聚电解质的室温锂离子导电率。

技术领域

本发明涉及一种固态聚电解质及其制备方法，尤其是涉及一种聚醚-聚酰胺类嵌段共聚物固态电解质及其制备方法，属于锂电池领域。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长等优点，在移动电子设备和电动汽车领域具有很大市场优势。传统的锂离子电池大多使用有机碳酸酯类与锂盐组成的液态电解质，应用过程中易发生漏液，且在高温环境下会燃烧甚至爆炸，限制了其进一步应用。采用固态电解质代替锂离子电池隔膜和电解液，成为解决锂电池安全问题的有效途径，引起研究者们的广泛关注。

固态电解质可分为无机固态电解质和聚合物固态电解质两大类。其中，聚合物固态电解质具有良好的柔韧性和易加工性能，并可获得更好的电极/电解质界面，具有良好的发展前景。聚合物固态电解质始于1973年，Wright等首次发现聚环氧乙烷(PEO)与碱金属离子有一定的离子导电性，此后PEO在固体电解质领域一直是研究热点。但PEO的高结晶度限制了Li+的运动，导致PEO基电解质的室温离子电导率低(～10-7S/cm)，并且其力学性能也不理想，不能满足实际应用要求。

研究者通过聚合物物理共混、化学交联、构建有机-无机复合体系等方法，破坏聚合物链段的规整度，以提高聚合物固态电解质的锂离子电导率。专利CN111430807A将聚环氧乙烷、刚性交联剂和光引发剂在光照下发生自由基交联反应，制备了具有三维空间网络结构的电解质，增加了链段的无定性区域，提高了电解质的室温离子电导率和机械性能。虽然交联网络结构对离子电导率和机械性能有一定的改善作用，但是由于聚合物分子链段受到网格的束缚，链段运动受到阻碍，严重时反而会降低其离子电导率。专利CN112968216A在PEO基体中加入改性的铁电陶瓷材料纳米BaTO3与聚碳酸丙烯酯(PPC)，提高了固态聚合物电解质的离子电导率、离子迁移数等电化学性能；专利CN110061294A将纳米SiO2分散到PEO中，然后将TPU基多孔纤维膜浸入其中，发明了一种刚柔并济型复合固态聚合物电解质，纳米SiO2共混改性后的PEO基体为Li+传导提供通道，提高了电解质的离子电导率，同时提供了优异的力学性能与热稳定性。虽然，有机无机复合能同时兼顾离子电导率和机械性能，但将有机无机体系混合后各自性能也会部分损失，而且还存在混合不均匀的问题，难以满足实际应用需求。专利CN108767312A公开了聚酰胺基固态聚电解质，其中的酰胺基团与锂离子有一定的络合作用，有助于锂盐解离，显示较高的锂离子电导率，具有良好的机械强度和柔韧性，且对锂片稳定。然而，这种聚酰胺分子链间的氢键作用很强，难以被破坏，导致Li+在链段间传输受到一定阻碍。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种聚醚-聚酰胺类嵌段共聚物基固态电解质及其制备方法，主要包括以下步骤：

1)聚电解质铸膜液的制备

称取聚醚-聚酰胺类嵌段共聚物或商用Pebax聚合物加入有机溶剂中，30～80℃条件下搅拌至完全溶解，得到浓度为0.12g/ml-0.25g/ml的溶液，向该溶液中加入占聚合物质量分数5-60wt％的锂盐，继续搅拌至充分混合，然后将该混合液脱泡后，得到聚电解质铸膜液；

2)聚电解质的制备

将步骤1)的聚电解质铸膜液用刮刀均匀地刮涂在聚四氟乙烯板上，室温静置后，在30～80℃的条件下真空干燥6～24h，得到本发明的聚醚-聚酰胺共聚物基固态电解质。