[发明专利]一种互穿网络结构层和原位制备的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种互穿网络结构层和原位制备的方法及其应用。该层可以作为无机固态电解质和锂金属负极之间的界面缓冲层，或聚合物电解质。通过紫外光照聚合得到聚离子液体(PIL)聚合物分子链网络，随后将环氧烷类单体与该网络混合，使其均匀分散在该网络中，进行开环聚合反应生成具有高分子量的聚醚分子链网络，原位得到互穿网络结构的聚合物电解质膜。其作为界面层可以有效避免无机固态电解质和锂金属接触而发生副反应，改善了全固态电池的循环性能。原位形成电解质也可以显著提升了电解质与电极的相容性，降低其界面阻抗，提升了锂离子电池的导电性能和机械强度。

技术领域

本发明属于高分子合成和电池技术领域，具体涉及一种互穿网络结构电解质界面层和原位制备的方法及其应用。

背景技术

近年来，由于锂电池具有能量密度高、开路电压高、循环寿命长、自放电低等优点，受到人们广泛的关注。目前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。因此提高电池的安全性成为一个迫切需要解决的问题，固态电解质(SE)由于具有热稳定性、不易燃、无泄漏和无挥发等优点，且其有更高的热失控起始温度，大大提高了电池使用过程中的稳定性和安全性。

发展全固态锂离子电池对于全力推动锂离子电池的发展至关重要，固态电解质主要分为聚合物固态电解质和无机固态电解质，其中无机固态电解质又可以分为氧化物固态电解质和硫化物固态电解质。聚合物电解质因为高柔性、轻质量、易加工、低成本等特性，可用来替代传统的有机电解液，改善电池的安全性能。与此同时，聚合物电解质可搭配锂金属负极，构筑高能量密度锂电池。无机固态电解质，特别是硫化物电解质具有高离子电导率，宽电化学窗口，良好的稳定性受到了广泛关注。但是无机固态电解质存在空气稳定性差、界面稳定性差和正极、负极之间均存在界面问题，这限制着无机固态电解质的发展了应用。互穿网络结构(IPN)是凝胶聚合物电解质常用的结构之一，制备方法一般是将第二单体连同交联剂和引发剂(或活化剂)一起溶胀入已经交联的聚合物Ⅰ中，使第二单体就地聚合并且交联形成聚合物Ⅱ，这样后者就穿插在聚合物Ⅰ的网络中。利用这样的三维互穿结构不仅可以打破聚合物的结晶区，同时可以提高聚合物电解质的机械性能和热稳定性，作为界面材料也有很好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种互穿网络结构电解质界面层和原位制备的方法及其电池，解决了上述背景技术中的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：提供了一种互穿网络结构层，由离子液体聚合制备的PIL分子链网络以及环氧烷类单体开环聚合反应生成的具有高分子量的聚醚分子链网络互穿而成。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：提供了上述的一种互穿网络结构层的应用，作为固态电池的电解质或电极间的界面层。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之三是：提供了一种互穿网络结构层原位制备的方法，包括如下步骤：

S1：在保护性气体的氛围下，将离子液体、锂盐和有机溶剂混合，然后加入光引发剂混合均匀，进行紫外光照聚合，加热去除有机溶剂得到PIL分子链网络聚合物；向PIL分子链网络聚合物加入环氧烷类单体和开环聚合引发剂的混合溶液，使其吸收，得到界面层前驱体凝胶；或，

保护性气体的氛围下，将环氧烷类单体和开环聚合引发剂混合均匀，室温下搁置20min-20h得到聚醚分子链网络凝胶，随后将离子液体、锂盐、光引发剂和有机溶剂混合液加入其中，使其吸收，得到界面层前驱体凝胶；

S2：在保护性气体的氛围下，压片法得到无机固态电解质片，并将上述前驱体凝胶放置于无机电解质片的表面，待前驱体开环聚合原位制备得到具有互穿网络结构的电解质界面层。