[发明专利]具有半互穿网络结构的凝胶聚合物电解质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及凝胶聚合物电解质及其制备方法，尤其是用于聚合物锂离子电池的具有半互穿网络结构的凝胶聚合物电解质及其制备方法。

背景技术

聚合物锂离子电池具有形状、面积可变性强、质量轻等优点，而且其安全性相对液体锂离子电池得到了极大提高，由此满足了人们对移动电话，MP3等日益小型化和薄型化的要求，成为各大电池公司研究的重点之一。凝胶聚合物电解质是聚合物锂离子电池的重要组成部分，它包括了聚合物、增塑剂、以及锂盐电解质等组分，可以起到液体电解质电池体系中的隔膜与离子导电载体的功能，其研究也受到普遍重视。但在实用化过程中对于凝胶聚合物电解质的电导率有一定的要求，而目前提高凝胶聚合物电解质室温离子传导率采取的措施，往往导致其机械性能有所降低，从而阻碍了其实际应用。

为此人们提出了采用具有半互穿网络结构的聚合物基体材料，这样一方面可以较好地提高材料的力学性能，另一方面可以通过抑制其中聚氧化乙烯的结晶，提高凝胶聚合物电解质的离子传导率，由此有望制备兼具良好电学和力学特性的新型聚合物锂离子电池材料。这方面研究具有广阔的发展前景，但目前报道的半互穿网络结构聚合物电解质材料尚不多见。

发明内容

本发明的目的是为了克服凝胶聚合物电解质离子电导率和力学性能难以同时兼顾的缺点，提供一种具有半互穿网络结构的凝胶聚合物电解质及其制备方法。

本发明的具有半互穿网络结构的凝胶聚合物电解质，包括共聚物，交联剂，聚氧化乙烯和电解液，其中共聚物与聚氧化乙烯的质量比为0.25～4∶1，交联剂与共聚物的质量比为0.4～1∶5，电解液为1mol/l的六氟合磷酸锂碳酸酯电解质。

本发明中，所说的交联剂为二乙烯三胺。所说的1mol/l的六氟合磷酸锂碳酸酯电解质由碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和乙烯碳酸酯按质量比1∶1∶1混合而成。

具有半互穿网络结构的凝胶聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：

1)室温下，将单体丙烯腈和甲基丙烯酸缩水甘油酯共混溶解于N，N-二甲替甲酰胺溶剂中，丙烯腈和甲基丙烯酸缩水甘油酯的质量比为1∶0.5～1∶8，配制浓度为0.1～1.0g/ml的共混单体溶液，然后加入引发剂过氧化苯甲酰，过氧化苯甲酰的用量为共混单体质量的0.2％～2％，搅拌至完全溶解后，在氮气或者氩气保护下，于60～90℃反应4～10h，得到的混合物用甲醇沉淀、丙酮溶解，重复数次，沉淀过滤后干燥至恒重，得共聚物；

2)在室温搅拌下，将步骤1)得到的共聚物和聚氧化乙烯溶解于乙腈溶剂中，共聚物和聚氧化乙烯的质量比为0.25～4∶1，配制浓度为0.005～0.02g/ml的溶液；

3)在步骤2)配制的溶液中，加入交联剂二乙烯三胺，二乙烯三胺的用量为共聚物质量的8％～20％，经搅拌混合均匀后，在60～90℃下反应2～10h；

4)将步骤3)制得的溶液在聚四氟乙烯板上浇铸成膜，在室温下待溶剂挥发后，在60～90℃下继续反应4～20h，得到交联聚合物膜；

5)将步骤4)制得的交联聚合物膜浸入电解质溶液中吸附电解质，取出后置于充满氮气气氛的干燥器中，得到具有半互穿网络结构的凝胶聚合物电解质膜，所说的电解质溶液为1mol/l的六氟合磷酸锂碳酸酯电解质，其由碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和乙烯碳酸酯，按质量比碳酸二甲酯∶碳酸二乙酯∶乙烯碳酸酯为1∶1∶1混合而成。

本发明的优点是：

1)本发明将聚(丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯)和聚氧化乙烯共混后，以二乙烯三胺为交联剂制备得到的聚合物膜为基体，制成的具有半互穿网络结构的凝胶聚合物电解质膜的离子传导率高，体系的力学性能高的特点；

2)本发明所制备的凝胶聚合物电解质采用聚氧化乙烯为主要组分，由于聚氧化乙烯与锂盐有很好的络合能力，大大提高体系络合锂盐的量，从而提高了体系的离子传导率；

3)本发明所采用的交联剂二乙烯三胺与锂盐之间也存在络合作用，可以进一步提高体系中锂盐的量，有利于离子传导率的提高；

4)本发明所制备的凝胶聚合物电解质中引入了具有可交联基团的共聚物，其与交联剂的作用，使得凝胶聚合物基体具有半互穿网络的交联结构，这可以很好地抑制聚氧化乙烯的结晶，显著降低其结晶度，从而减少结晶对于聚合物链段运动和离子传导的阻碍作用，使得体系的离子传导率得到提高；

5)本发明所制备的凝胶聚合物电解质具有半互穿网络结构的交联结构，这使得体系的的力学性能相对于未交联的线性聚合物体系得到提高。

附图说明

图1是具有半互穿网络结构的凝胶聚合物电解质在不同温度下的离子传导率。

具体实施方式