[发明专利]一种室温下自愈合固态电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种室温下自愈合固态电解质及其制备方法和应用。该固态电解质包括聚氧化乙烯、锂盐、增塑剂和含二硫键的酰胺；其中，锂盐和聚氧化乙烯的摩尔比为(12‑18):1；增塑剂与聚氧化乙烯的质量比为(10‑50):100；含二硫键的酰胺与聚氧化乙烯的质量比为(1‑50):100。该自愈合固态电解质应用于锂离子电池中。与现有技术相比，本发明制备方法简单，制备的固态电解质具有高离子电导率、高力学性能、良好的室温自愈合功能，其电解质组成和性能可调性较强，在室温柔性锂离子电池中展现出巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子电池固态电解质领域，具体涉及一种室温下自愈合固态电解质及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池是一种二次可充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌；充电时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时相反。

锂离子电池中的电解质是影响锂离子电池性能的一种关键材料。传统的锂离子电池通常使用有机电解液，主要成分为锂盐，例如，六氟磷酸锂(LiPF₆)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、高氯酸锂(LiClO₄)和双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)等和非水有机溶剂，例如，碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸丙烯酯(PC)和1,3-二氧环戊烷(DOL)等形成的溶液。液态电解质含有大量易燃易爆的有机溶剂，给锂离子电池的安全性能提出了严峻的挑战。过充、内部短路等原因会导致电解液过热，从而发生起火，甚至爆炸事故。

为解决锂离子电池的安全性问题，人们开始研发更加安全的固态电解质材料。在固态电解质材料中，聚合物固态电解质具有易切割、与电极接触良好的特性，可以根据不同性能要求进行合理设计。然而聚合物电解质也存在一些缺陷，如在工作过程中可能存在开裂，从而引发电池短路而产生安全事故。具有自愈特性的固态电解质材料能够在损伤后恢复功能，引发了研究者的广泛关注。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一个而提供一种室温下自愈合固态电解质及其制备方法和应用。解决现有聚合物电解质存在的离子电导率不高，固态电解质与电极界面阻抗大，聚合物电解质开裂等问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

发明人发现，基于二硫键的具有自愈合功能的固态电解质材料是其中重要的一类自愈合固态电解质材料，可以赋予电解质优异的力学性能，提出如下具体方案：

一种室温下自愈合固态电解质，该固态电解质包括聚氧化乙烯、锂盐、增塑剂和含二硫键的酰胺；

其中，锂盐和聚氧化乙烯的摩尔比为(12-18):1；增塑剂与聚氧化乙烯的质量比为(10-50):100；含二硫键的酰胺与聚氧化乙烯的质量比为(1-50):100。

进一步地，含二硫键的酰胺分子结构为：

进一步地，含二硫键的酰胺通过3,3-二硫代二丙酸二甲酯和1,2-丙二胺制备而成，具体步骤为：将1,2-丙二胺溶于反应溶剂中，滴加3,3-二硫代二丙酸二甲酯后，经反应、除杂、干燥后，得到含二硫键的酰胺。

3,3-二硫代二丙酸二甲酯的分子结构为：

1,2-丙二胺的分子结构为：

进一步地，3,3-二硫代二丙酸二甲酯和1,2-丙二胺的摩尔比为1:(1.8-2.2)；滴加3,3-二硫代二丙酸二甲酯时的温度为0-5℃；反应的温度不高于40℃，时间为10-40h；所述的反应溶剂为甲醇、乙腈或N,N-二甲基甲酰胺。