[发明专利]一种无溶剂型全固态聚合物电解质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种无溶剂型全固态聚合物电解质及其制备方法，所述无溶剂型全固态聚合物电解质包括下述原料：二异氰酸酯、锂盐、梳状大分子多元醇、扩链剂、催化剂；其中，通过将异氰酸酯与梳状大分子多元醇以及锂盐预聚反应，加入小分子扩链剂以及催化剂扩链，简单、高效的制备了一种无溶剂型全固态聚合物电解质。本发明在制备过程中不使用任何有机溶剂，产物简单易得，制得的聚合物电解质具有优异的机械性能，也赋予了聚合物电解质良好的离子电导率与电池性能。

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，尤其涉及一种无溶剂型全固态聚合物电解质及其制备方法。

背景技术

锂电池具有高的能量密度以及便携性，已是运用最广泛的商业储能体系。虽然传统的液态锂离子电池具备良好的离子导电率和浸润性，但同时也存在着热稳定性差、易燃、易漏液等安全问题。采用固态电解质代替液态电解质是解决上述问题的有效方法。目前主流的固态电解质主要包括固态聚合物电解质和无机陶瓷电解质两大类。全固态聚合物电解质，如PEO(聚氧化乙烯)、PAN(聚丙烯腈)、PU(聚氨酯)、PC(聚碳酸酯)等，通常具有良好的柔性、稳定的界面，易操作性，但其低温下的锂离子导电率较低。因此，设计和制备复合型的固态电解质，将聚合物电解质、无机电解质甚至液态电解液的有机结合，实现各个组分的功能杂化，成为提高固态电解质性能的有效途径。此外，传统制备聚合物电解质的方法包括熔融浇铸法、溶胶凝胶法、原位生成法等，但这些方法在制备的过程中或多或少会使用有机溶剂，存在安全问题。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种无溶剂型全固态聚合物电解质及其制备方法。

本发明提出的一种无溶剂型全固态聚合物电解质，其特征在于，包括下述原料：二异氰酸酯、锂盐、梳状大分子多元醇、扩链剂、催化剂。其中，二异氰酸酯与梳状大分子多元醇的质量比为(0.2～0.8)：1，锂盐与梳状大分子多元醇的质量比为(0.1～0.5)：1、扩链剂、催化剂与梳状大分子多元醇的质量比为(50～150)：(0.5～5)：1000。

优选地，所述梳状大分子多元醇为数均分子量为1000、2000、3000的三羟甲基丙烷-聚乙二醇单甲醚中的至少一种。

优选地，所述锂盐为高氯酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、碳酸锂、六氟磷酸锂中的至少一种。

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、六亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。

优选地，所述扩链剂为乙二胺、二乙烯三胺、1,4-丁二醇、一缩二乙二醇中的至少一种；优选地，所述扩链剂为1,4-丁二醇。

优选地，所述催化剂为N,N-二甲基环己胺、双(2-二甲氨基乙基)醚、三乙醇胺、辛酸亚锡中的至少一种；优选地，所述催化剂为辛酸亚锡。

一种所述的无溶剂型全固态聚合物电解质的制备方法，先将梳状大分子多元醇、锂盐混合后加热溶解，再加入二异氰酸酯进行预聚反应，最后加入小分子扩链剂、催化剂进行扩链反应，然后置于模具中熟化、干燥，即得。

优选地，所述的无溶剂型全固态聚合物电解质的制备方法包括下述步骤：

S1、将锂盐加入梳状大分子多元醇中，在60～100℃加热搅拌直至完全溶解，然后加入二异氰酸酯恒温反应1～4h；

S2、将步骤S1制得的物料先降温至30～50℃，然后加入扩链剂、催化剂，升温至50～70℃反应0.5～2h；

S3、将步骤S2制得的物料倒入聚四氟乙烯模具中，100～140℃熟化2～8h，然后置于60～100℃真空干燥8～16h，即得。

本发明的有益效果如下：