CN102074735B - 基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双烯/醚共聚物的锂离子电池用电解质膜及其制备方法。所发明的锂离子电解质膜由交联的双烯/醚共聚物、锂盐和增塑剂组成,其制备方法是采用含有聚丁二烯或聚戊二烯的链段和聚环氧乙烷或聚环氧丙烷链段的嵌段型双烯/聚醚共聚物经溶剂辅助成膜,然后在紫外、加热或引发剂作用下交联成凝胶膜,最后将该膜用增塑剂、锂盐溶液溶胀活化得到锂离子凝胶电解质膜。得到的锂离子凝胶电解质膜具有聚烯烃、聚醚两相微观相分离结构,其中聚双烯链段形成交联结构提高了膜的强度,聚醚相吸收的增塑剂和锂盐提供了锂离子传输通道。所发明的电解质膜具有电导率高、可以通过无纺布增强等特点,适合于用作动力锂离子电池的电解质膜材料。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池用凝胶态电解质膜及其制备工艺,尤其涉及一种基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜及其制备方法。
背景技术
锂离子电池是一种新型高能电池,相对于传统的铅酸电池以及镍氢、镉镍电池而言,锂离子电池具有电压高、循环寿命长、比能量大、可快速充放电等优点。锂离子电池按电解液分可以分成液态锂离子电池和聚合物锂离子电池两大类。但是液态锂离子电池在实际应用存在容易由于高电压或过充电时分解产生气体,从而使电池膨胀变形,有可能还会引起爆炸;且易产生电解液泄露;液态有机溶剂的存在会发生电极表面钝化现象,增加了电池内部短路的可能性。
聚合物锂离子电池是电池行业中技术含量最高,最新的品种,由于它性能比液体锂离子电池更优良、使用更安全、能量密度高、循环寿命更长、并且有可按用户要求做成各种尺寸、形状等优点,正被越来越多的手机、电子设备等广泛使用。锂电池用聚合物电解质需要具备了高离子传导性、良好的机械性能、热和电化学稳定性以及与电极好的相容性等性能。聚合物锂离子电池与液态锂离子电池的区别主要在于电解质的不同,液态的锂电池使用的是液体电解质,而聚合物锂离子电池则以固态聚合物电解质来代替。其中,聚合物电解质是“干态”也可以是含有增塑剂的“凝胶态”。干态的固体聚合物电解质锂离子电池的电解质为聚合物与盐的混合物,这种电池在常温下的离子电导率低,实际使用受到限制。而凝胶聚合物电解质锂离子电池即在固体聚合物电解质中加入液态增塑剂等添加剂,聚合物母体主要起支撑作用,电解质锂盐主要分散在溶胀凝胶中,离子传输机理与液体电解质相似,因此离子电导率高,但是,由于液体增塑剂被固定在凝胶中而非单纯的液相存在,由于挥发汽化性质受到抑制,在高温时也不会产生瞬间的膨胀和爆炸,耐温安全性得到大大提高。基于凝胶电解质同时具备了固体物质的安全性能和液体电解质的高传质性两方面的优点,使得凝胶态电解质安全型对动力锂离子电池技术的发展具有重要意义。
已有固体锂离子电解质膜材料用聚合物种类主要有聚氧化乙烯(PEO)、聚氧化丙稀(PPO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)共聚物等,其中聚氧化乙烯(PEO)基电解质是研究最早且最为广泛的聚合物电解质体系。众多研究表明,聚氧化乙烯(PEO),聚氧化丙烯(PPO)易于与锂盐形成稳定的络合物,离子的传导主要是通过锂离子与醚氧原子之间不断发生络合、解络合过程而进行的,聚醚物质的加入使得制得的锂电池具有较高的电导率。另一方面,聚醚与多种增塑剂或锂盐的溶剂之间有很强的相互作用,这种作用具有使聚合物基质溶胀凝胶化和降低电解质与电极间界面电阻等多种优势。单纯接聚醚强度低、形态稳定性差,制备锂离子电解质膜是往往需要与其他聚合物共混且使聚醚形成交联,但是这些技术会导致膜中聚醚含量低、交联后凝胶导电率小等问题。采用含聚醚结构的共聚是解决上述问题的手段之一,比如,中国专利CN 101222055A公开了一种锂电池用共聚物基聚合物电解质材料、复合电解质膜及其制备方法,它是将高分子隔膜浸泡到由氧化乙烯单元和氧化丙烯单元组成的共聚物材料配制成的溶液中而得到的,其方法不能使共聚物基聚合物电解质材料保留在高分子隔膜上,任然是传统意义上的液体电解质膜;中国专利CN 101127408A公开了微交联型凝胶态锂离子电池聚合物电解质膜及其制备方法,该膜的凝胶基质为经悬浮聚合得到、交联度为0.1-0.4%的甲基丙烯酸甲酯、丙稀腈共聚物,成膜方法为溶液流延和溶剂挥发路线。虽然适度交联可以提高最终电解质膜的强度,但是该方法中采用甲基丙烯酸甲酯、丙稀腈等在机理非最佳的锂离子凝胶基质,因此锂盐活化后凝胶电解质膜的电导率还是比较低。中国专利CN101381429公开了自支撑的锂离子电池凝胶聚合物电解质/其专用聚合物及其制备,其中采用了甲基丙烯酸甲酯和丙稀腈及乙酸乙烯酯单体的乳液聚合得到的三元聚合物作为膜的基质,制备的锂离子电解质膜有较高的电导率和适当的电化学稳定窗口,但仍为非交联体系,强度和使用过程中结构稳定性仍是潜在的问题。美国专利US20030409065公开的聚合物电解质和聚合物锂电池中,提到引入基体聚合物和支化聚合物或超支化聚合物能提高其电导率思路,但是仍属于二元基质体系,及基体聚合物与支化/超支化聚合物仍存在非化学键接的两相结构,使用过程中这种结构在较高的温度下会收到破坏,因此应用性能可靠性比较低,同时这了电解质膜制备工艺复杂,大规模生产和使用比较大的难度。
不同与上述类似功能的锂离子凝胶电解质膜材料与制备方法,本专利公开了基于“含有连续的交联结构相以提高强度、同时含有独立高活性组分相以提高电导活性”原理、具有最优化微观结构的电解质膜材料。在充分试验的基础出上,公开了采用嵌段型双烯/醚共聚物中双键残基的自交联反应制备具有上述特征凝胶基质膜的有效方法,进而公开了采用锂盐、增塑剂溶液直接将基质膜活化制备锂离子凝胶电解质膜材料的技术。由本专利公开的锂离子凝胶电解质膜材料,聚双烯链段与聚醚链段由物性差别自发形成各自独立的连续相,其中聚双烯相内双键在紫外、热、引发剂作用下交联提高了膜的强度、微观/宏观结构稳定性和膜基质的耐温性;锂盐、增塑剂和聚醚形成的独立相为锂离子的传送通道,其中增塑剂与聚醚之间的强相互作用抑制了膜中液相的形成,进而提高电解质膜抗膨胀、抗爆炸和燃烧等方面的安全性。这些特点,使得本专利公开的电解质膜及其制备方法对动力锂离子电池的制造具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜及其制备方法。
基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜是以质量百分含量计其组成为:交联的双烯/醚共聚物凝胶基质10-80%、增塑剂15-85%、锂盐2-5%,凝胶电解质膜的厚度为20-50微米。
基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜是以质量百分含量计其组成为:交联的双烯/醚共聚物凝胶基质20-50%、增塑剂30-60%、锂盐2-5%、无纺布10-30%,凝胶电解质膜的厚度为30-60微米。
所述锂盐为六氟磷酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺、高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂或二(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂。
所述增塑剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二癸酯中的一种或多种。
所述无纺布为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、尼龙或玻璃纤维无纺布,其厚度为15-30微米;空隙率为40-80%。
基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜的制备方法的步骤如下:
1)将质量百分含量为20-80%的双烯/醚共聚物、质量百分含量为0.1-1%的引发剂溶解于、19-79.9%的有机溶剂中制成制膜液;
2)将制膜液直接在不锈钢或玻璃平面载体上刮制成厚度为20-50微米的液膜,溶剂挥发后得到可交联的双烯/醚共聚物膜;
3)将可交联的双烯/醚共聚物膜加热或紫外光辐照5-60分钟,使共聚物的分子间双键交联固化成双烯/醚共聚物凝胶基质膜,加热温度50-100℃,紫外光辐照功率为100w,得到交联的双烯/醚共聚物凝胶基质膜
4)在无水无氧环境中,将交联的双烯/醚共聚物凝胶基质膜浸入由质量百分含量为2-25%的锂盐和质量百分含量为75-98%的增塑剂组成的溶液中10-120分钟,形成基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜,密封保存。
基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜的制备方法的步骤如下:
1)将质量百分含量为20-80%的双烯/醚共聚物、质量百分含量为0.1-1%的引发剂溶解于、19-79.9%的有机溶剂中制成制膜液;
2)将制膜液在无纺布上刮制成厚度为20-50微米的液膜,并使制膜液渗透进入无纺布的空隙中,溶剂挥发后得到以无纺布为支撑可交联的双烯/醚共聚物凝胶基质膜;
3)将以无纺布为支撑可交联的双烯/醚共聚物凝胶基质膜加热或紫外光辐照5-60分钟,使共聚物的分子间双键交联固化成凝胶基质膜,加热温度50-100℃,紫外光辐照功率为100w,得到以无纺布为支撑交联的双烯/醚共聚物凝胶基质;
4)在无水无氧环境中,将以无纺布为支撑交联的双烯/醚共聚物凝胶基质膜浸入由质量百分含量为2-25%的锂盐和质量百分含量为75-98%的增塑剂组成的溶液中10-120分钟,锂盐和增塑剂充分渗透到凝胶基质内溶胀,形成基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜,密封保存。
所述的双烯/醚共聚物分别为由聚双烯链段和聚醚链段组成三嵌段或多嵌段共聚物,三嵌段双烯/醚共聚物的数均分子量为4000-28000;多嵌段双烯/醚共聚物的数均分子量为,10000-100000,双烯/醚共聚物中的聚双烯链段的质量含量为30-70%;双烯/醚共聚物中的聚醚链段的质量含量为30-70%;所述双烯/醚共聚物中的聚双烯链段为聚丁二烯或聚戊二烯中的一种,其数均分子量为2000-8000;所述双烯/醚共聚物中的聚醚链段为聚环氧乙烷或聚环氧丙烷中的一种,其数均分子量为1000-10000。
所述的交联引发剂为自由基引发剂:偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰以及光敏引发剂:1-羟基环已基苯基甲酮、2,2-二甲氧基苯基甲酮或2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮中的一种或多种。
所述的溶剂为乙醇、丙醇、四氢呋喃、丙酮、丁酮、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一种或多种。
本发明引入聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚(氧化乙烯-氧化丙烯)易于与锂盐形成稳定的络合物,有效的了锂盐的传质数量,提高电流稳定性和高温安全性,从而综合提高电池综合性能。
又,本发明中引入聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚(氧化乙烯-氧化丙烯)有效的增加了电解液的润湿性,减小了电池内部电极与隔膜电阻;
又,本发明中引入聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚(氧化乙烯-氧化丙烯)有效的增加了电解液吸收与凝胶化作用,将液体的电解液转化为凝胶态,提高了电池耐温性,使电池在较高温度时也不至于发生爆炸和燃烧,尤其适合与在动力锂离子电池中使用;
又,本发明中采用的聚丁二烯、聚戊二烯,在聚合物体系中,引入双键,引发双键交联后,增强了聚合物主体,降低了线性PEO在有机增塑剂中的溶解度,并提高了对电解质溶液的存储能力及机械强度。
又,本发明公开的基于双烯/醚共聚物的制备,合成方法简单,聚合物转化率高,经济环保。
又,本发明公开的基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜有两种,一种自支撑型,一种是增强型。自支撑型由聚合物通过光、热、紫外光交联而成,其溶胀性能好,能包容大量的电解质溶液,热化学性质稳定。又增强型支撑膜是由无纺布作为支撑,将制膜刮涂到无纺布上并使制膜液渗透进入无纺布的空隙中,通过光、热、紫外光交联而成,其尺寸稳定,机械性能强,电化学,热稳定性能优异。
又,本发明涉及的无纺布为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、尼龙或玻璃纤维无纺布,其孔隙率高,热稳定性能好,尺寸稳定。
又,本发明公开的基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜制备方法,工艺简单,操作简单,操作方便,效率高,改变较少的工艺参数可得到多样化的孔结构,膜结构的可控性好,生产重复性好;
又,本发明公开的基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜制备方法,使用原料价格低,得到膜的成本低、性价比高。
附图说明
图1(a)是实施例1中基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜扫描电子显微镜照片(活化前断面);
图1(b)是实施例1中基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜扫描电子显微镜照片(活化前表面);
图2(a)是实施例1中基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜扫描电子显微镜照片(活化后断面);
图2(b)是实施例1中基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜扫描电子显微镜照片(活化后表面);
图3是实施例5中基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜扫描电子显微镜照片(活化前表面);
图4是实施例5中基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜扫描电子显微镜照片(活化后表面);
图5是实施例7中基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜扫描电子显微镜照片(活化前表面);
图6是实施例7中基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜扫描电子显微镜照片(活化后表面);
具体实施方式
基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜是以质量百分含量计其组成为:交联的双烯/醚共聚物凝胶基质10-80%、增塑剂15-85%、锂盐2-5%,凝胶电解质膜的厚度为20-50微米。
基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜是以质量百分含量计其组成为:交联的双烯/醚共聚物凝胶基质20-50%、增塑剂30-60%、锂盐2-5%、无纺布10-30%,凝胶电解质膜的厚度为30-60微米。
所述锂盐为六氟磷酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺、高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂或二(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂。
所述增塑剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二癸酯中的一种或多种。
所述无纺布为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、尼龙或玻璃纤维无纺布,其厚度为15-30微米;空隙率为40-80%。
基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜的制备方法的步骤如下:
1)将质量百分含量为20-80%的双烯/醚共聚物、质量百分含量为0.1-1%的引发剂溶解于、19-79.9%的有机溶剂中制成制膜液;
2)将制膜液直接在不锈钢或玻璃平面载体上刮制成厚度为20-50微米的液膜,溶剂挥发后得到可交联的双烯/醚共聚物膜;
3)将可交联的双烯/醚共聚物膜加热或紫外光辐照5-60分钟,使共聚物的分子间双键交联固化成双烯/醚共聚物凝胶基质膜,加热温度50-100℃,紫外光辐照功率为100w,得到交联的双烯/醚共聚物凝胶基质膜
4)在无水无氧环境中,将交联的双烯/醚共聚物凝胶基质膜浸入由质量百分含量为2-25%的锂盐和质量百分含量为75-98%的增塑剂组成的溶液中10-120分钟,形成基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜,密封保存。
基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜的制备方法的步骤如下:
1)将质量百分含量为20-80%的双烯/醚共聚物、质量百分含量为0.1-1%的引发剂溶解于、19-79.9%的有机溶剂中制成制膜液;
2)将制膜液在无纺布上刮制成厚度为20-50微米的液膜,并使制膜液渗透进入无纺布的空隙中,溶剂挥发后得到以无纺布为支撑可交联的双烯/醚共聚物凝胶基质膜;
3)将以无纺布为支撑可交联的双烯/醚共聚物膜加热或紫外光辐照5-60分钟,使共聚物的分子间双键交联固化成凝胶基质膜,加热温度50-100℃,紫外光辐照功率为100w,得到以无纺布为支撑交联的双烯/醚共聚物凝胶基质膜;
4)在无水无氧环境中,将以无纺布为支撑交联的双烯/醚共聚物凝胶基质膜浸入由质量百分含量为2-25%的锂盐和质量百分含量为75-98%的增塑剂组成的溶液中10-120分钟,锂盐和增塑剂充分渗透到凝胶基质内溶胀,形成基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜,密封保存。
所述的双烯/醚共聚物分别为由聚双烯链段和聚醚链段组成三嵌段或多嵌段共聚物,三嵌段双烯/醚共聚物的数均分子量为4000-28000;多嵌段双烯/醚共聚物的数均分子量为,10000-100000,双烯/醚共聚物中的聚双烯链段的质量含量为30-70%;双烯/醚共聚物中的聚醚链段的质量含量为30-70%;所述双烯/醚共聚物中的聚双烯链段为聚丁二烯或聚戊二烯中的一种,其数均分子量为2000-8000;所述双烯/醚共聚物中的聚醚链段为聚环氧乙烷或聚环氧丙烷中的一种,其数均分子量为1000-10000。
所述的交联引发剂为自由基引发剂:偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰以及光敏引发剂:1-羟基环已基苯基甲酮、2,2-二甲氧基苯基甲酮或2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮中的一种或多种。
所述的溶剂为乙醇、丙醇、四氢呋喃、丙酮、丁酮、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一种或多种。
所述的双烯/醚三嵌段共聚物的制备方法如下:以二月桂酸二丁基锡为催化剂,将端羟基聚丁二烯与甲苯二异氰酸酯在氮气气氛下反应2h,再加入干燥的聚乙二醇单甲醚,反应48h,产物在正己烷中纯化两次后,在真空烘箱中干燥后得到产物。除了以上制备的方法,还有通过端羟基聚丁二烯与端羧基聚乙二醇单甲醚反应而得,通过端羧基聚丁二烯与端羟基聚乙二醇单甲醚反应而得。
所述的双烯/醚多嵌段共聚物的制备方法如下:以无水三乙胺作为除酸剂,将端羟基聚丁二烯、聚乙二醇与对苯二甲酰氯反应,,在氮气气氛下,反应48h,得到产物。除了上述几种制备方法以为,还有通过氧化乙烯或氧化丙烯阴离子开环聚合与端羟基聚丁二烯反应而得。
所述的用于本专利实施例的双烯/醚共聚物,三嵌段共聚物是通过甲苯二异氰酸酯与端羟基聚丁二烯和聚乙二醇单甲醚反应制得;多嵌段共聚物是通过端羟基聚丁二烯、聚乙二醇与对苯二甲酰氯反应制得。
实施例1
基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜的制备方法的步骤如下:
1)将质量百分含量为20%的双烯/醚三嵌段共聚物、质量百分含量为0.1%的引发剂溶解于、79.9%的有机溶剂中制成制膜液;
2)将制膜液直接在不锈钢或玻璃平面载体上刮制成厚度为31微米的液膜,溶剂挥发后得到可交联的双烯/醚共聚物膜;
3)将可交联的双烯/醚共聚物膜加热或紫外光辐照20分钟,使共聚物的分子间双键交联固化成双烯/醚共聚物凝胶基质膜,加热温度100℃,紫外光辐照功率为100w,得到交联的双烯/醚共聚物凝胶基质膜;
4)在无水无氧环境中,将质量百分含量为13%交联的双烯/醚共聚物凝胶基质膜浸入由质量百分含量为2%的锂盐和质量百分含量为85%的增塑剂组成的溶液中120分钟,形成基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜,密封保存。
制备方法如具体实施例所述,各项实施条件及所得的基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜结构和性能如表1所示。
表1
实施例2
步骤与实施例1相同,各项实施条件及所得的基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜结构和性能如表2所示。
表2
实施例3
步骤与实施例1相同,各项实施条件及所得的基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜结构和性能如表3所示。
表3
实施例4
1)将质量百分含量为50%的双烯/醚共聚物、质量百分含量为0.5%的引发剂溶解于、49.5%的有机溶剂中制成制膜液;
2)将制膜液在无纺布上刮制成厚度为42微米的液膜,并使制膜液渗透进入无纺布的空隙中,溶剂挥发后得到以无纺布为支撑可交联的双烯/醚共聚物膜;
3)将以无纺布为支撑可交联的双烯/醚共聚物膜加热或紫外光辐照20分钟,使共聚物的分子间双键交联固化成凝胶基质膜,加热温度80℃,紫外光辐照功率为100w,得到以无纺布为支撑交联的双烯/醚共聚物凝胶基质膜;
4)在无水无氧环境中,将以无纺布为支撑交联的双烯/醚共聚物凝胶基质膜浸入由质量百分含量为3%的锂盐和质量百分含量为67%的增塑剂组成的溶液中10分钟,锂盐和增塑剂充分渗透到凝胶基质内溶胀,形成基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜,密封保存。
各项实施条件及所得的基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜结构和性能如表4所示。
表4
实施例5
步骤与实施例4相同,各项实施条件及所得的基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜结构和性能如表5所示。
表5
实施例6
步骤与实施例4相同,各项实施条件及所得的基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜结构和性能如表6所示。
表6
实施例7
步骤与实施例4相同,各项实施条件及所得的基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜结构和性能如表7所示。
表7
Claims (9)
1.一种基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜,其特征在于以质量百分含量计其组成为:交联的双烯/醚共聚物凝胶基质10-80%、增塑剂15-85%、锂盐2-5%,凝胶电解质膜的厚度为20-50微米,所述的交联的双烯/醚共聚物凝胶基质为聚丁烯或聚戊二烯的链段以及聚环氧乙烷或聚环氧丙烷的聚醚链段。
2.一种基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜,其特征在于以质量百分含量计其组成为:交联的双烯/醚共聚物凝胶基质20-50%、增塑剂30-60%、锂盐2-5%、无纺布10-30%,凝胶电解质膜的厚度为30-60微米,所述的交联的双烯/醚共聚物凝胶基质为聚丁烯或聚戊二烯的链段以及聚环氧乙烷或聚环氧丙烷的聚醚链段。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜,其特征在于所述锂盐为六氟磷酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂或二(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜,其特征在于所述增塑剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二癸酯中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的一种基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜,其特征在于所述无纺布为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、尼龙或玻璃纤维无纺布,其厚度为15-30微米,空隙率为40-80%。
6.一种根据权利要求1所述基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜的制备方法,其特征在于它的步骤如下:
1)将质量百分含量为20-80%的双烯/醚共聚物、质量百分含量为0.1-1%的引发剂溶解于19-79.9%的有机溶剂中制成制膜液;
2)将制膜液直接在不锈钢或玻璃平面载体上刮制成厚度为20-50微米的液膜,溶剂挥发后得到可交联的双烯/醚共聚物膜;
3)将可交联的双烯/醚共聚物膜加热或紫外光辐照5-60分钟,使共聚物的分子间双键交联固化成双烯/醚共聚物凝胶基质膜,加热温度50-100℃,紫外光辐照功率为100w,得到交联的双烯/醚共聚物凝胶基质膜;
4)在无水无氧环境中,将交联的双烯/醚共聚物凝胶基质膜浸入由质量百分含量为2-25%的锂盐和质量百分含量为75-98%的增塑剂组成的溶液中10-120分钟,形成基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜,密封保存;
所述的双烯/醚共聚物分别为由聚双烯链段和聚醚链段组成三嵌段或多嵌段共聚物,三嵌段双烯/醚共聚物的数均分子量为4000-28000;多嵌段双烯/醚共聚物的数均分子量为,10000-100000,双烯/醚共聚物中的聚双烯链段的质量含量为30-70%;双烯/醚共聚物中的聚醚链段的质量含量为30-70%;所述双烯/醚共聚物中的聚双烯链段为聚丁二烯或聚戊二烯中的一种,其数均分子量为2000-8000;所述双烯/醚共聚物中的聚醚链段为聚环氧乙烷或聚环氧丙烷中的一种,其数均分子量为1000-10000。
7.一种根据权利要求2所述基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜的制备方法,其特征在于它的步骤如下:
1)将质量百分含量为20-80%的双烯/醚共聚物、质量百分含量为0.1-1%的引发剂溶解于19-79.9%的有机溶剂中制成制膜液;
2)将制膜液在无纺布上刮制成厚度为20-50微米的液膜,并使制膜液渗透进入无纺布的空隙中,溶剂挥发后得到以无纺布为支撑可交联的双烯/醚共聚物膜;
3)将以无纺布为支撑可交联的双烯/醚共聚物膜加热或紫外光辐照5-60分钟,使共聚物的分子间双键交联固化成凝胶基质膜,加热温度50-100℃,紫外光辐照功率为100w,得到以无纺布为支撑交联的双烯/醚共聚物凝胶基质膜。
4)在无水无氧环境中,将以无纺布为支撑交联的双烯/醚共聚物膜浸入由质量百分含量为2-25%的锂盐和质量百分含量为75-98%的增塑剂组成的溶液中10-120分钟,锂盐和增塑剂充分渗透到凝胶基质内溶胀,形成基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜,密封保存;
所述的双烯/醚共聚物分别为由聚双烯链段和聚醚链段组成三嵌段或多嵌段共聚物,三嵌段双烯/醚共聚物的数均分子量为4000-28000;多嵌段双烯/醚共聚物的数均分子量为,10000-100000,双烯/醚共聚物中的聚双烯链段的质量含量为30-70%;双烯/醚共聚物中的聚醚链段的质量含量为30-70%;所述双烯/醚共聚物中的聚双烯链段为聚丁二烯或聚戊二烯中的一种,其数均分子量为2000-8000;所述双烯/醚共聚物中的聚醚链段为聚环氧乙烷或聚环氧丙烷中的一种,其数均分子量为1000-10000。
8.根据权利要求6或7所述的一种基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜的制备方法,其特征在于所述的交联引发剂为自由基引发剂:偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰以及光敏引发剂:1-羟基环已基苯基甲酮、2,2-二甲氧基苯基甲酮或2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮中的一种或多种。
9.根据权利要求6或7中一种述基于双烯/醚共聚物的锂离子凝胶电解质膜的制备方法,其特征在于所述的溶剂为乙醇、丙醇、四氢呋喃、丙酮、丁酮、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一种或多种。
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