[发明专利]螺旋聚氨酯/聚氧化乙烯复合全固态聚合物电解质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种螺旋聚氨酯/聚氧化乙烯复合全固态聚合物电解质及其制备方法，该材料采用L或D‑酪氨酸衍生螺旋聚氨酯以及聚氧化乙烯作为基体，加入一定比例的锂盐，通过溶液浇铸法制备而成。在60℃下，该全固态聚合物电解质离子电导率可达到4.92×10^‑5 S cm^‑1、电化学窗口大于5 V，机械和热稳定性能优异，以该电解质组装的锂电池放电比容量可达到152.3 mAh g^‑1，循环80圈后容量保留率为93.1％，是全固态锂电池中一种理想的电解质材料。

技术领域

本发明属于锂电池用固态电解质隔膜材料制备领域，具体涉及一种螺旋聚氨酯/聚氧化乙烯复合全固态聚合物电解质及其制备方法。

背景技术

目前，商业应用的锂离子电池使用的电解质绝大部分为液态有机物，液态电解质易泄露、闪点低、易燃烧、易挥发，在运输和携带过程中发生挤压、碰撞很容易造成电池的变形甚至是电解液的泄露，对环境以及人体健康造成威胁。在过充或某些意外情况下，还易发生短路、燃烧、爆炸等问题，严重影响电池的可靠性。三星note7手机电池爆炸，苹果公司的笔记本电脑自燃，特斯拉电动汽车碰撞发生的起火等事故都尖锐地揭示着当前锂离子电池液态电解质存在的一系列性能和安全问题，因此，性能优良，安全环保的电解质开发成为该领域研究热点。当前，凝胶电解质被认为是最有望首先实现大规模应用的固态电解质材料，因为凝胶电解质有效避免了液态电解质存在的挥发、漏液等问题，同时，增塑剂的存在使得凝胶电解质电导率较高，与电极界面相容性得以提升。中国发明专利CN 104659413A公开了一种辐射交联聚合物凝胶电解质骨架材料，其室温电导率为4.3×10^-3S cm^-1，电化学窗口达到4.8V，50圈后的电池容量保留率为92％。因此，凝胶电解质是当前研究热点之一。

虽然科研人员在凝胶电解质上的研究取得了诸多突破，但是凝胶电解质还是存在一些实际问题。第一，凝胶电解质的电化学稳定性不高，电化学窗口较窄；第二，凝胶电解质由于含有小分子增塑剂，机械性能不足，热力学稳定性较差；第三，凝胶电解质组装成的电池倍率性能、循环效率较差。中国发明专利CN107732296A公开了一种无机陶瓷全固态电解质的制备方法，但是目前的无机陶瓷全固态电解质或无机陶瓷掺杂的全固态复合电解质制备条件高，制备过程繁琐，成膜性差，同时电解质柔性不好，因此，需要研发综合性能优异的全固态聚合物电解质来解决这些问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种螺旋聚氨酯/聚氧化乙烯复合全固态聚合物电解质及其制备方法，螺旋聚氨酯的加入有效构筑了有序-无序相分离的锂离子传输结构，抑制了锂枝晶生成，有效提升了电池容量和循环稳定性，可用于锂电池，锂硫电池，锂空气电池等领域。

实现本发明目的的技术解决方案是：螺旋聚氨酯/聚氧化乙烯复合全固态聚合物电解质，通过将螺旋聚氨酯和聚氧化乙烯、锂盐采用机械共混，溶液浇铸法得到。

其中，螺旋聚氨酯的结构通式为：

聚合度n为50～150，

R为以下结构：

m为3～7，优选4～7。

该螺旋聚氨酯/聚氧化乙烯复合全固态聚合物电解质的制备方法为：

将螺旋聚氨酯(LPU或DPU)与聚氧化乙烯(PEO)溶解于氯仿中，加入锂盐，室温磁力搅拌8～12h，将所得的混合溶液浇铸在聚四氟乙烯模具里，干燥除去溶剂，得到螺旋聚氨酯/聚氧化乙烯全固态聚合物电解质。

进一步的，所述的螺旋聚氨酯与聚氧化乙烯的质量比例为1:3～3:1。

进一步的，所述的锂盐为双三氟甲烷磺酰亚铵锂、三氟甲磺酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、全氟-1-丁磺酸锂中的一种，锂盐占全固态电解质总质量的5％～25％。