[发明专利]一种聚合物电解质的原位制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种聚合物电解质的原位制备方法及其应用，该方法是在不使用配体的情况下，使包括单体、引发剂以及锂盐相混合，搅拌均匀形成前驱液，在保护性气体下，再将纤维素膜浸入所述前驱液中，加热反应24h，从而使所述单体进行原子转移自由基聚合反应，得到聚合物和聚合物电解质，并将其应用到锂电池中。本发明克服了现有聚合物电解质制备周期长、工艺路线复杂、有机溶剂的残留、杂质的引入等缺点，使得工艺流程简化，同时抑制锂枝晶的生长，能够彻底解决电解液漏液的问题。这是一种新型的简单有效地制备锂电池用聚合物电解质的方法。

技术领域

本发明属于高分子合成和锂电池应用技术领域，更具体地，涉及一种聚合物电解质的原位制备方法及其应用。

背景技术

锂电池无疑是具有划时代意义的储能技术之一，因为其能量密度和可逆性都远远优于其它二次电池，也具有比能量高，安全性能好以及加工性能优异等优点。锂电池已经渗透到生活的方方面面，从消费电子产品到汽车产业等大规模储能产品。

传统的锂电池使用易挥发、易燃烧、易泄漏的有机液态电解质，存在较大的安全隐患。而使用固态聚合物电解质制备的全固态锂电池，能够避免液体电解质带来的安全问题，此外还具有能量密度高、加工成型简单等优点，成为当前锂电池研究领域的热点。固态聚合物电解质成膜的方法目前有溶液浇筑成膜法和原位成膜法。溶液浇筑成膜法是用原子转移自由基聚合(ATRP)、可逆加成断裂链转移聚合(RAFT)等合成方法先合成出聚合物，再将聚合物、锂盐溶解在溶剂中，待溶剂挥发，得到聚合物电解质膜；此方法工艺复杂，有杂质的残留，而且使用有机溶剂会对环境造成污染。原位成膜法是将单体、催化剂、引发剂、锂盐或其他化合物混合均匀滴加到多孔基底膜上，加热或者光照原位聚合得到聚合物电解质膜。原位成膜法相比较于溶液浇筑法，工艺简单，且不使用有机溶剂，绿色环保，而且能够抑制锂枝晶的生长。

专利CN106654366A公开了一种原位聚合制备塑晶聚合物电解质材料，由单体、引发剂、交联剂、锂盐、塑晶的混合溶液，加热原位聚合后，得到塑晶聚合物电解质膜；该专利通过加入塑晶减少了电解质中的液态电解液分解，防止了液态电解液的泄露，但塑晶中的杂质依然会不可避免地使液态电解液在高压段分解。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种聚合物电解质的原位制备方法，彻底解决电解液漏液的问题，且制备聚合物电解质的周期短。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种聚合物电解质的原位制备方法，具体包括如下步骤：

S1：在无水且隔离氧气的条件下使包括单体、引发剂以及锂盐相混合，搅拌均匀形成前驱液；

S2：在保护性气体的氛围下，将纤维素膜浸入步骤S1中所述前驱液中，加热反应，使所述单体进行原子转移自由基聚合反应，得到聚合物和含有聚合物的纤维素膜，所述含有聚合物的纤维素膜即为聚合物电解质；

其中，所述聚合物是通过除去反应体系中未反应的所述锂盐和所述单体提纯得到的。

上述制备方法在使用时，发明人通过在不使用配体的条件下，使单体、引发剂以及锂盐三者反应原料相混合，搅拌均匀形成前驱液，再加入纤维素膜基体，使单体进行原子转移自由基聚合反应，原位制备聚合物电解质，一方面，该体系使用锂盐作为反应体系的活化剂，克服了传统原子转移自由基聚合反应中采用催化剂、配体、有机溶剂等带来的后处理复杂，配体毒性大、昂贵，溶剂易挥发的缺点；另一方面，原位制备聚合物电解质可以简化传统电解质制备周期，同时抑制锂枝晶的生长。

进一步地，所述单体所述单体包括聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯，还包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯酸、丙烯酰胺和醋酸乙烯酯中的至少一种；

所述引发剂为2-溴苯基乙酸乙酯、2-碘-2-甲基丙腈、2-溴异丁酸乙酯、2-溴异丁酸甲酯、2-溴丙酸乙酯中的至少一种；