[发明专利]一种高岭土复合改性水性聚氨酯固态电解质

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种固态电解质。

背景技术

锂离子电池已广泛应用于商业化电子产品、汽车动力装置以及发电站的能量存储等。构成锂离子电池的关键的部件包括正极、负极、隔膜和电解质。电解质材料是影响整体电池安全稳定性的重要因素之一。目前，广泛应用的液态电解质易腐蚀电极片从而造成电池容量不可逆损失，同时液态电解质易分解产生可燃气体，从而引起火灾和爆炸等严重安全问题。采用固态电解质可以避开液体电解质的这些弊端，并且其形状可任意剪裁和变化，使得电池设计更轻巧时尚。

一种固态化复合电解质及其制备方法，制备过程要高温烧结，能耗较大，所述电解质为凝胶复合电解质，需要吸附离子液体构成凝胶态。一种全固态复合电解质膜，用聚氧化乙烯、无机填料和锂盐为原材料，用溶液共混法制备得到，聚环氧乙烷是目前公认的最适合制备全固态电解质的基体，但是聚氧化乙烯机械强度差，且容易结晶，造成后期电导率较小。一种全固态聚合物电解质膜制备方法及所制备的电解质膜，使用聚环氧乙烷、含磺酸根离子的液晶聚合物等，制备过程要大量使用乙腈等有毒溶剂，不环保。一种聚合物电解质材料，通过共混法将聚硅氧烷分散在水性聚氨酯分散液中，并将导电盐直接溶于混合溶液中制备得到水性聚氨酯聚硅氧烷固态电解质，该法制备电解质需要吸收5-260％电解液构成凝胶电解质，凝胶电解质长期使用依然会存在液体析出的问题，并非真正的全固态电解质。由于聚合物自身的特点，目前的聚合物全固态电解质基本都要在80℃以上工作才能显示较好的电导率，进行商业化应用，例如法国已经商业化的纯电动出租车采用的全固态锂离子电池需要在80℃的温度下进行工作。

发明内容

针对背景技术描述的现有技术存在的不足，本发明提供一种锂离子电池用全固态电解质。

一种高岭土复合改性水性聚氨酯固态电解质由下列物质制成：

非离子水性聚氨酯乳液80～97g

亲水改性高岭土2～10g

锂盐1～10g；

所述非离子水性聚氨酯乳液由异佛尔酮二异氰酸酯、聚氧化乙烯二元醇、三羟甲基丙烷-聚乙二醇单醚、1,4-丁二醇聚合反应后产物分散于水中再与乙二胺反应制得；

所述亲水改性高岭土是将未经煅烧的高岭土、钛酸酯偶联剂分散于无水乙醇中，再经研磨、烘干制得；所述锂盐为高氯酸锂。

所述非离子水性聚氨酯乳液由30.1异佛尔酮二异氰酸酯、40.3g聚氧化乙烯二元醇、15.7g三羟甲基丙烷-聚乙二醇单醚、6.1g 1,4-丁二醇在70℃聚合反应6小时后分散于200g水中再与2.0g乙二胺反应1小时制得；所述非离子水性聚氨酯乳液为半透明乳液，pH＝7；所获得的非离子水性聚氨酯的基本结构为：

式中R₁为异佛尔酮二异氰酸酯；结构为：

式中R₂为三羟甲基丙烷-聚乙二醇单醚，平均分子量1000；结构为：

式中R₃为1,4-丁二醇；结构为：-CH₂CH₂CH₂CH₂-；

式中R₄为聚氧化丙烯二元醇，平均分子量2000；结构为：式中R₅为三羟甲基丙烷，结构为：

所述钛酸酯偶联剂为双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯(C₂₆H₅₄O₁₆P₄Ti)。

所述高岭土复合改性水性聚氨酯乳液由2～10g亲水改性高岭土和80～97g非离子水性聚氨酯混合制得。

所述亲水改性高岭土的制备操作步骤如下：

(1)将10g未经煅烧的高岭土、0.3g钛酸酯偶联剂分散于30g无水乙醇中，

(2)再经球磨机研磨1h、转速1400r/min，

(3)研磨产物在50℃烘箱中，干燥24h，制得亲水改性高岭土。

由上述步骤得到的亲水改性高岭土在水中的悬浮率为92％。

制备一种高岭土复合改性水性聚氨酯固态电解质的具体操作步骤如下：

(1)将2～10g亲水改性高岭土和80～97g非离子水性聚氨酯混合，制得高岭土复合改性水性聚氨酯乳液；

(2)在82～99g高岭土复合改性水性聚氨酯乳液中加入1～10g高氯酸锂，得到锂掺杂的高岭土复合改性水性聚氨酯乳液，将乳液成膜烘干，既得高岭土复合改性水性聚氨酯固态电解质薄膜；