[发明专利]半固态聚合物电解质及制备方法、锂金属电池

说明书

本发明提供了一种半固态聚合物电解质及制备方法、锂金属电池，该半固态聚合物电解质的制备方法，包括：将4,4'‑二羟基二苯砜溶解于溶剂中，然后加入硼氢化锂，反应后得到第一产物；将第一产物与聚苯并咪唑溶解在N,N二甲基乙酰胺中制备得到浇铸液，将浇铸液流延在基板上，然后将基板浸入乙酸乙酯中除去N,N二甲基乙酰胺，干燥后得到聚合物电解质膜，备用；将丙烯酸酯类单体与引发剂溶解在电解液中，制备得到前驱液；将聚合物电解质膜浸泡在前驱液中，进行聚合反应及制备得到半固态聚合物电解质。本发明的半固态聚合物电解质具有良好的机械强度和稳定的电解质‑电极界面。

技术领域

本发明涉及锂金属电池技术领域，尤其涉及一种半固态聚合物电解质及其制备方法、锂金属电池。

背景技术

随着尖端消费类电子产品，电动汽车和智能电网对能量密度的高度期望，强烈考虑开发具有超高能量密度的能量存储系统。因为锂金属具有最高理论比容量(3860mA h g^-1)，低密度(0.59g cm^-3)和最低氧化还原电势(-3.04V vs.标准氢电势)等优势，所以，锂金属电池(LMBs)与传统的锂离子电池相比，具有较高的能量密度，成为了先进能量存储系统有潜力的候选人。然而，锂金属电池(LMBs)面临着严重的枝晶生长问题，这些问题会引起严肃的安全问题，阻碍了其的实际应用。

目前，相关技术中，凝胶聚合物电解质同时具有液体电解质和全固态聚合物电解质的优点，可以有效解决锂金属电池固有的安全性问题，但是在凝胶聚合物电解质中，液体增塑剂的含量较高，不仅会影响聚合物电解质膜的机械强度，而且会使得所形成的电解质-电极界面不稳定，进一步影响了电池的电化学性能。

基于相关技术存在的缺陷，有必要对目前的凝胶聚合物电解质进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种半固态聚合物电解质及其制备方法和锂金属电池，具有良好的机械强度和稳定的电解质-电极界面以解决现有技术中存在的电解质-电极界面不稳定的技术问题。

第一方面，本发明提供了一种半固态聚合物电解质的制备方法，包括：

将4,4'-二羟基二苯砜溶解于溶剂中，然后加入硼氢化锂，反应后得到第一产物；

将第一产物与聚苯并咪唑溶解在N,N二甲基乙酰胺中制备得到浇铸液，将浇铸液流延在基板上，然后将基板浸入乙酸乙酯中除去N,N二甲基乙酰胺，干燥后得到聚合物电解质膜，备用；

将丙烯酸酯类单体与引发剂溶解在电解液中，制备得到前驱液；

将聚合物电解质膜浸泡在前驱液中，进行聚合反应及制备得到半固态聚合物电解质。

可选的，所述溶剂包括四氢呋喃。

可选的，所述丙烯酸酯类单体包括季戊四醇四丙烯酸酯，所述引发剂包括偶氮二异丁腈。

可选的，加入硼氢化锂之前将硼氢化锂使用溶剂稀释。

可选的，加入硼氢化锂后于氩气保护下，且控制温度为42～47℃反应5～7h，然后将反应产物干燥后使用无水乙腈洗脱，继续干燥即得第一产物。

可选的，然后将反应产物干燥后使用无水乙腈洗脱，继续干燥即得第一产物具体包括：将反应产物于55～65℃下鼓风干燥后，将干燥后的产物使用无水乙腈洗脱，然后于75～85℃下继续干燥即得第一产物。

可选的，聚苯并咪唑与第一产物的质量比为0.5～3。

可选的，然后将基板浸入乙酸乙酯中除去N,N二甲基乙酰胺，干燥后得到聚合物电解质膜，其中，干燥具体包括：先于室温下干燥10～14h，然后于90～110℃的真空烘箱中干燥24h。

第二方面，本发明还提供了一种半固态聚合物电解质，其特征在于，根据所述的制备方法制备得到。