[发明专利]一种TPU/PCDL复合型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TPU/PCDL复合型全固态聚合物电解质及其制备方法，涉及锂离子全固态聚合物电解质技术领域，是将聚氨酯弹性体、聚碳酸酯多元醇和聚合物锂盐共混制备得到的，其制备方法步骤如下：将聚氨酯弹性体溶于有机溶剂中，然后加入聚碳酸酯多元醇，搅拌，再加入聚合物锂盐，搅拌，倒入模具中干燥，即得。本发明制得的全固态聚合物电解质具有良好的机械强度，离子电导率高，且在高温下稳定。

技术领域

本发明涉及锂离子全固态聚合物电解质技术领域，尤其涉及一种TPU/PCDL复合型全固态聚合物电解质及其制备方法。

背景技术

传统液态锂离子电池虽然具有许多优点，但其安全问题始终无法彻底解决。多孔凝胶聚合物电解质虽然可以吸附液态电解液，但其安全性能仍无法得到保障。为了彻底解决液态有机电解质锂离子电池存在的安全问题，用全固态电解质代替液态电解质制备得到的全固态锂离子电池是下一代锂离子电池的重要发展方向之一。与传统液态锂离子电池与凝胶聚合物电解质相比，其优势主要有：1)完全没有液体存在，消除了电池易燃、易爆的安全问题；2)无需封装液体，电池组装和密封变得简单，一定程度提高了生产效率和能量密度；3)可以叠加多个电极，有望制备大电压单体电池；4)电化学窗口宽，可以匹配多种高电压正极材料，进一步提高电池的能量密度和功率密度。由于全固态电池的这些优点，吸引了世界各国科研团队的目光。

热塑性聚氨酯弹性体(TPU)属于高强度与低结晶性的一类弹性体，包含软段与硬段的嵌段共聚物，具有两相结构。软硬段间由于热力学不相容性，促进了链段间的氢键化作用。由于TPU具有的特殊微相结构，硬段提供了空间稳定性，而软段溶解在碱金属中不会离子聚集，被广泛的研究。因此，针对上述传统液态锂离子电池与凝胶聚合物存在的安全问题，本专利提供了一种高离子电导率、高安全性的复合型全固态聚合物电解质。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种TPU/PCDL复合型全固态聚合物电解质及其制备方法，制备的全固态聚合物电解质具有高离子电导率和高安全性。

本发明提出的一种TPU/PCDL复合型全固态聚合物电解质，是将聚氨酯弹性体、聚碳酸酯多元醇和聚合物锂盐共混制备得到的。

优选地，所述聚氨酯弹性体的制备如下：将二异氰酸酯和大分子二元醇混合，升温至70～90℃，反应1～4h，然后冰水降温至40～50℃，加入扩链剂、溶剂及催化剂，升温至50～70℃，反应0.5～1h，降温至50℃出料，在100～140℃烘箱中熟化2～8h，即得聚氨酯弹性体。

优选地，所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯甲基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、4,4’二环己乙基甲烷二异氰酸酯中的一种或一种以上，优选4,4’二环己乙基甲烷二异氰酸酯。

优选地，所述大分子多元醇为聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚碳酸酯二醇中的一种或一种以上，优选聚氧化丙烯二醇，其数均分子量优选2000。

优选地，所述扩链剂为1,4-丁二醇；优选地，催化剂为辛酸亚锡；优选地，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。

优选地，所述聚碳酸酯多元醇的结构式如下：

其数均分子量优选为2000。

优选地，所述聚合物锂盐为高氯酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、碳酸锂、六氟磷酸锂中的一种或一种以上，优选双三氟甲烷磺酰亚胺锂。

本发明还提出了上述TPU/PCDL复合型全固态聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：将聚氨酯弹性体溶于有机溶剂中，然后加入聚碳酸酯多元醇，搅拌，再加入聚合物锂盐，搅拌，倒入模具中干燥，即得。