[发明专利]自掺杂凝胶聚合物电解质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及自掺杂凝胶聚合物电解质及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

当前，锂离子电池产品普遍使用液体电解质，这是因为该种电解质具有良好的导离子性和与电极的相容性，且成本低廉，但是这种电解质却存在漏液、爆炸和燃烧等一系列安全问题。因此，聚合物固态电解质应运而生，这种电解质彻底解决了安全问题，但是却又存在离子导电性不高且成本高昂等问题。固态聚合物电解质锂离子电池产品的生产技术处于垄断，全球仅有几家超大型锂离子电池生产企业能够推出这种电池产品，价格昂贵，几乎只用在苹果公司的数码产品中，不能得到大面积推广。凝胶聚合物电解质是一类兼具液体电解质和固态聚合物电解质所有优点的电解质，是锂离子电池能够得到更大发展空间的关键之一。但是，凝胶聚合物电解质却具有力学性能不佳导致的成膜性和尺寸空间稳定性较差的问题，使得该类电解质在电池中的应用很大程度上受到了限制。因此，各种提高凝胶聚合物电解质膜的力学性能的方法被报道出来，其中，最常见的方法是对聚合物基体进行组成、结构设计和对凝胶聚合物电解质添加各种无机纳米填料。前一种方法优点是可以根据电解质性能要求，设计出许多新型的聚合物基体，缺点是很多时候却无法找出恰当合成工艺制备出预想的聚合物；后一种方法的优点是无机纳米填料对电解质力学性能的提升是非常显著的，缺点是纳米填料易团聚、分散难，这往往又能降低电解质的性能。因此，本发明结合这两种方法，在聚合物基体中以化学键形式引入无机填料，从根本上解决无机填料的分散问题，且得到新型自掺杂聚合物，再以其为基体制备自掺杂凝胶聚合物电解质。相关研究还未出现在国内外报道中。

发明内容

要解决的技术问题

为了提高凝胶聚合物电解质的力学性能从而提高其成膜性和尺寸空间稳定性，本发明提出了自掺杂凝胶聚合物电解质及其制备方法。

技术方案

自掺杂凝胶聚合物电解质及其制备方法，其特征在于：具体步骤如下：

(1)自掺杂聚合物基体的制备：将丙烯酸酯类、丙烯腈类、偏氟乙烯类、磷腈类和醋酸乙烯酯类单体中的一种或几种混合，加入到预先溶解了乙烯基硅氧烷的甲苯溶剂中，添加单体中碳碳双键与乙烯基硅氧烷中碳碳双键摩尔比在5∶1-1∶5范围之内，再加入反应物总质量2wt.％的催化剂偶氮二异丁腈，通氮气，在70-80℃下于三口瓶中搅拌反应7-12h。将得到的物质倒入装有去离子水的烧杯中，得到浅黄色乳胶状聚合物沉淀。再用甲苯溶解、去离子水进行沉淀，重复操作三次，得到白色乳胶状固体。将得到的固体干燥后粉碎，加入1.5-2.0vl.％的盐酸溶液中搅拌酸化处理3-5h，过滤、去离子水洗涤三次，得到白色粉末。将得到粉末在通氮气情况下120℃下处理24-30h，最终得到自掺杂聚合物基体。

(2)自掺杂凝胶聚合物电解质的制备：称取3-7g(1)中所述聚合物置于烧杯中，加入50ml有机溶剂，搅拌至完全溶解，再加入7-3g液体电解质，混合均匀。将得到的均匀溶液倒入聚四氟乙烯盘子中，待有机溶剂完全挥发后得到自掺杂凝胶聚合物电解质薄膜。

所述的自掺杂凝胶聚合物电解质及其制备方法，其特征在于：所述的乙烯基硅氧烷是乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、四甲基二乙烯基二硅氧烷、甲基乙烯基环硅氧烷、四甲基四乙烯基环四硅氧烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、二甲基乙烯基乙氧基硅烷、二甲氧基甲基乙烯基硅烷、三苯基乙烯基硅烷、三乙基乙烯基硅烷、三乙烯基甲基硅烷、甲基乙烯基二乙氧基硅烷、1，3，5，7-四乙烯基-1，3，5，7-四甲苯环四硅氧烷和乙烯基(氯甲基)二甲基硅烷中的一种或几种的混合。

所述的自掺杂凝胶聚合物电解质及其制备方法，其特征在于：所述的有机溶剂是丙酮、四氢呋喃、N，N二甲基甲酰胺、二甲亚砜等中的一种或几种溶液的混合。

所述的自掺杂凝胶聚合物电解质及其制备方法，其特征在于：所述液体电解质中的增塑剂是碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等中的一种或几种的混合；所述液体电解质中的锂盐是高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲基磺酸锂等中的一种或者几种的混合。

有益效果

本发明的有益效果是，以化学键连接的方式在聚合物中引入无机填料，彻底克服了外加填料易团聚、难分散的问题，这不但开发出了更多的凝胶聚合物电解质的新型基体，而且提高了凝胶聚合物电解质的成膜性和尺寸空间稳定性，为凝胶聚合物电解质在实际生产中的应用奠定一定基础。

附图说明