一种具有分子刷的复合塑晶电解质的制备方法及应用

本发明属于电解质材料，特别是涉及一种复合塑晶电解质的制备方法及其应用。

背景技术：

1、随着电动车、手机等产品逐渐成为人们生活中必不可少的一部分，人们对电池高能量密度这一特性的需求越发强烈。但是随着电池能量密度的提升，尤其是在使用电解液的情况下，电池的安全性问题却变得不可控。

2、为了解决电池安全性的问题，固态电解质尤其是聚合物固态电解质逐渐成为替代可燃的电解液的一个选择。但是固态电解质却常常存在者电导率低、窗口窄等问题。塑晶电解质作为一种聚合物固态电解质，其具有较高的离子电导率、宽的窗口以及优良的热稳定性，但是其和锂负极之间的副反应却限制了其在固态电池中的应用。

3、目前常用的缓解塑晶电解质和锂负极之间副反应的方法之一就是在塑晶电解质中引入聚合物网络来固定(如：cn 116247289 a)，但是聚合物的引入，却会一定程度上降低电解质的电导率。引入填料来固定(如：cn 113410523 a)也是常用的方法，但是填料的引入可能会引发塑晶在填料表面的聚合。

技术实现思路

1、本发明目的之一是为了解决塑晶电解质内存在的不可控副反应等问题，并且提供一种具有较高的离子电导率，宽化学稳定窗口，同时机械强度好的复合塑晶聚合物电解质，所组装的电池可以在较大电流密度下仍然有良好循环表现。

2、本发明的一种具有分子刷的复合塑晶电解质的制备方法是按照以下步骤进行的：

3、一、具有分子刷的隔膜的制备：将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和碳酸锂在室温下混合在n,n-二甲基甲酰胺中，搅拌10-60min。然后将在紫外/臭氧处理0.5-2h的隔膜加入上述溶液，再加入过氧化二苯甲酰、2,2-联吡啶、氯化铜和甲苯，在氩气环境下，搅拌6-16h。然后，将隔膜取出，清洗，干燥，待下一步实验备用。其中，所述的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和碳酸锂质量比为(6-4):1；所述的过氧化二苯甲酰、2,2-联吡啶和氯化铜质量比为(20-15):(8-4):1；所述的n,n-二甲基甲酰胺和甲苯质量比为(8-4):1；

4、二、具有分子刷的复合塑晶电解质的制备及其在电池中的应用：将聚合物单体、锂盐、添加剂和塑晶材料混合，搅拌0.5-1h，将偶氮二异丁腈加入其中，搅拌待完全溶解后，滴加在处理的隔膜上，并将电极堆叠组装成电池。组装的电池在40-100℃下加热0.5-1h。

5、本发明具有分子刷的复合塑晶聚合物电解质材料还可以采用如下技术方案：

6、所述的具有分子刷的复合塑晶电解质，其特征在于：聚合物单体为乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯和丙烯酸甲酯中的一种或两种混合物。

7、所述的具有分子刷的复合塑晶电解质，其特征在于：所述的锂盐为六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双乙二酸硼酸锂中的一种或几种混合物。

8、所述的具有分子刷的复合塑晶电解质，其特征在于：所述的添加剂为氟代碳酸乙烯酯、硫代碳酸乙烯酯、甲基三氟乙基碳酸酯中的一种或几种的混合物。

9、所述的具有分子刷的复合塑晶电解质，其特征在于：所述的塑晶材料为丁二腈。

10、所述的具有分子刷的复合塑晶电解质，其特征在于：锂盐用量为聚合物单体质量的0.2-2倍，塑晶材料为聚合物基体质量的0.05-2倍，添加剂为聚合物基体质量的0.1-1倍。

11、本发明的优点和有益效果：

12、本发明通过对将具有分子刷的隔膜和塑晶电解质进行复合，与现有的技术相比，本发明的具有分子刷的复合塑晶电解质具有电导率高，界面稳定性好和拉伸强度高等优点。在隔膜表面枝接的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂分子刷不仅可以络合塑晶，而且可以提供锂离子的传输路径。这样的双重设计保证了以此复合电解质组装的电池，负极具有良好的界面稳定性，保证了电池在较高倍率下仍有良好的循环表现。由此制备的具有分子刷的复合塑晶电解质可广泛的应用于电脑与手机电源，甚至是无人机，电动汽车等电源。

技术特征：

1.一种具有分子刷的复合塑晶电解质的制备方法及应用，其特征在于具有分子刷的复合塑晶电解质的制备方法按以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的一种具有分子刷的复合塑晶电解质的制备方法，其特征在于所述的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和碳酸锂质量比为5.4:1。

3.根据权利要求1所述的一种具有分子刷的复合塑晶电解质的制备方法，其特征在于所述的过氧化二苯甲酰、2,2-联吡啶和氯化铜质量比为18:4:1。

4.根据权利要求1所述的一种具有分子刷的复合塑晶电解质的制备方法，其特征在于所述的聚合物单体为乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯和丙烯酸甲酯中的一种或两种混合物。

5.根据权利要求1所述的一种具有分子刷的复合塑晶电解质的制备方法，其特征在于所述的锂盐为六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双乙二酸硼酸锂中的一种或几种混合物。

6.根据权利要求1所述的一种具有分子刷的复合塑晶电解质的制备方法，其特征在于所述的添加剂为氟代碳酸乙烯酯、硫代碳酸乙烯酯、甲基三氟乙基碳酸酯中的一种或几种的混合物。

7.根据权利要求1所述的一种具有分子刷的复合塑晶电解质的制备方法，其特征在于所述的塑晶材料为丁二腈。

8.根据权利要求1至6任一权利要求所述的具有分子刷的复合塑晶聚合物电解质材料，其特征是:锂盐用量为聚合物单体质量的0.2-2倍，塑晶材料为聚合物基体质量的0.05-2倍，添加剂为聚合物基体质量的0.1-1倍。

技术总结
本发明涉及一种具有分子刷的复合塑晶电解质的制备方法及应用。本发明属于电解质材料技术领域。一种具有分子刷的复合塑晶聚合物电解质材料其特点是复合塑晶聚合物电解质材料由具有分子刷的隔膜和在其中原位聚合得来的塑晶电解质组成，其中聚合物单体、锂盐、添加剂和塑晶材料的混合溶液经加热制得塑晶电解质。本发明旨在解决塑晶电解质中不可控副反应的问题，从而实现组装的电池可以在室温下稳定长期循环。制备方法：(1)制备具有分子刷的隔膜；(2)制备聚合物单体、锂盐和塑晶材料的混合溶液并将其与处理的隔膜混合。本发明具有制备工艺简单，机械强度好，组装电池循环寿命长等优点。

技术研发人员：潘钦敏,李宇轩
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29