CN102324560B - 一种聚丙烯酸酯类交联聚合物基凝胶聚合物电解质及其制备方法 - Google Patents

一种聚丙烯酸酯类交联聚合物基凝胶聚合物电解质及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池用聚丙烯酸酯类交联聚合物基凝胶聚合物电解质。制备交联聚合物基P(MMA-MAh)-PEG4000凝胶聚合物电解质的技术特征在于，原料配方：聚合物P(MMA-MAh)-PEG4000质量百分比20-50wt.%、液体电解质质量百分比80-50wt.%；工艺条件：将高氯酸锂(LiClO4)溶解在碳酸丙烯酯(PC)中，配制成浓度为1mol/L的液体电解质；将P(MMA-MAh)-PEG4000于50℃下溶解在该液体电解质中；在聚四氟乙烯板上沿流，冷却即得凝胶聚合物电解质。有益效果是：制备一种聚丙烯酸酯类交联聚合物凝胶聚合物电解质，该电解质具备优良的综合性能，满足锂离子电池使用要求。本发明所需原料便宜，操作工艺较直接简单，适用性广，具有一定的实际推广意义。

Description

一种聚丙烯酸酯类交联聚合物基凝胶聚合物电解质及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池用聚丙烯酸酯类交联聚合物基凝胶聚合物电解质以及制备方法。
背景技术
凝胶聚合物电解质作为一种锂离子电池的重要组成部分，具有离子电导性高、安全性能好和易于加工制作等特点。凝胶聚合物电解质中的聚合物基体这一重要成分对电解质的性能有着决定性的影响。因此，目前研究聚合物基体对电解质性能的影响规律是研究的热点，也是难点。聚合物种类虽然繁多，但是，能够用来做凝胶聚合物电解质基体的却有限，而且目前还没有发现一种单纯的聚合物可以满足凝胶聚合物电解质所有性能的需求。因此，基于分子设计的思想，对已有的聚合物进行组成、结构设计，合成新聚合物就显得非常重要。聚丙烯酸酯类聚合物作为凝胶聚合物电解质的基体可以赋予电解质较好的电导性和保液性，但是成膜性、热性能和尺寸稳定性等不尽理想。所以，对聚丙烯酸酯类聚合物进行组成、结构设计合成该类聚合物新的材料具有很大的研究意义。
以甲基丙烯酸甲酯、马来酸酐为单体，共聚合成一种聚（甲基丙烯酸甲酯-马来酸酐）共聚物P(MMA-MAh)，该共聚物的合成工艺已非常成熟、实际应用的领域也非常广泛。使共聚物P(MMA-MAh)主链中的马来酸酐与聚乙二醇PEG4000发生酯化反应可以制备出一种聚丙烯酸酯类立体交联聚合物P(MMA-MAh)-PEG4000。这种组成和立体交联结构必然会改善聚丙烯酸酯类凝胶聚合物电解质的性能，如良好的力学性能、热性能和溶剂保持性等。目前，交联聚合物P(MMA-MAh)-PEG4000的合成工艺已初步确定，基本可以较好地重复合成出该聚合物，但是以该聚合物基体的凝胶聚合物电解质的相关研究报道尚未见到。
发明内容
要解决的技术问题
为了解决聚丙烯酸酯类凝胶聚合物电解质的成膜性、热性能和尺寸稳定性不尽理想这一问题，本发明提出了以一种聚丙烯酸酯类交联聚合物为基体制备凝胶聚合物电解质。
技术方案
本发明的思想是：
聚丙烯酸酯类交联聚合物P(MMA-MAh)-PEG4000有一羰基侧基，与凝胶聚合物电解质的增塑剂碳酸丙烯酯有较好的相互作用，可以赋予电解质好的保液性；聚丙烯酸酯类聚合物与锂电极界面稳定、阻抗低；聚丙烯酸酯类聚合物P(MMA-MAh)-PEG4000所具有立体交联结构可以赋予电解质好的力学性能、热性能和尺寸稳定性。
本发明以聚丙烯酸酯类交联聚合物P(MMA-MAh)-PEG4000为基体制备凝胶聚合物电解质。
本发明的技术特征在于：
凝胶聚合物电解质配比为聚丙烯酸酯类交联聚合物P(MMA-MAh)-PEG4000基体质量百分比20-50wt.%，液体电解质质量百分比80-50wt.%；所述液体电解质是以碳酸丙烯酯(PC)为增塑剂，高氯酸锂(LiClO4)为锂离子提供剂，浓度为1mol/L的有机溶液。
一种制备所述聚丙烯酸酯类交联聚合物凝胶聚合物电解质的方法，其特征在于：
具体步骤如下：
a）将高氯酸锂(LiClO4)溶解在碳酸丙烯酯(PC)中，配制成浓度为1mol/L的有机溶液；
b）将聚丙烯酸酯类立体交联聚合物溶解在上述有机溶液中；
c）于50℃下搅拌均匀冷却即得凝聚聚合物电解质。
有益效果
本发明的有益效果是，以一种聚丙烯酸酯类交联聚合物P(MMA-MAh)-PEG4000为基体，制备出成膜性、热性能和尺寸稳定性均得到提高的凝胶聚合物电解质。
附图说明
图1为凝胶聚合物电解质的制备流程图。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步描述：
制备凝胶聚合物电解质：将高氯酸锂(LiClO4)溶解在碳酸丙烯酯(PC)中，配制成浓度为1mol/L的有机溶液；再将交联聚合物溶解在该有机溶液中，于50℃下搅拌均匀；然后将得到的均相粘稠液体沿流在聚四氟乙烯板上，冷却后即得凝聚聚合物电解质膜。
实施例1：将高氯酸锂(LiClO4)溶解在碳酸丙烯酯(PC)中，配制成浓度为1mol/L的有机溶液；再将20g交联聚合物溶解在80g该有机溶液中，于50℃下搅拌均匀；然后，将得到的均相粘稠液体沿流在聚四氟乙烯板上，冷却后即得凝聚聚合物电解质膜GPE-20。
实施例2：将高氯酸锂(LiClO4)溶解在碳酸丙烯酯(PC)中，配制成浓度为1mol/L的有机溶液；再将30g交联聚合物溶解在70g该有机溶液中，于50℃下搅拌均匀；然后，将得到的均相粘稠液体沿流在聚四氟乙烯板上，冷却后即得凝聚聚合物电解质膜GPE-30。
实施例3：将高氯酸锂(LiClO4)溶解在碳酸丙烯酯(PC)中，配制成浓度为1mol/L的有机溶液；再将40g交联聚合物溶解在60g该有机溶液中，于50℃下搅拌均匀；然后，将得到的均相粘稠液体沿流在聚四氟乙烯板上，冷却后即得凝聚聚合物电解质膜GPE-40。
实施例4：将高氯酸锂(LiClO4)溶解在碳酸丙烯酯(PC)中，配制成浓度为1mol/L的有机溶液；再将50g交联聚合物溶解在50g该有机溶液中，于50℃下搅拌均匀；然后，将得到的均相粘稠液体沿流在聚四氟乙烯板上，冷却后即得凝聚聚合物电解质膜GPE-50。
以上实施方案得到的凝胶聚合物电解质的具体性能如下：
GPE体系   性能 离子电导率（10-3S/cm） 电化学稳定窗口（V） 成膜性 力学性能
GPE-20 8.86 4.3 良好 满足电池使用要求
GPE-30 2.32 4.3 良好 满足电池使用要求
GPE-40 7.68 4.2 良好 满足电池使用要求
GPE-50 5.69 4.2 良好 满足电池使用要求

Claims (1)

1.一种聚丙烯酸酯类交联聚合物基凝胶聚合物电解质，其特征在于：配方为聚合物P(MMA-MAh)-PEG4000的质量百分比为20-50wt.%、液体电解质的质量百分比为80-50wt.%;所述的液体电解质的配方为高氯酸锂浓度为1mol/L的碳酸丙烯酯溶液;所述的聚合物P(MMA-MAh)-PEG4000中的MMA是甲基丙烯酸甲酯，MAh是马来酸酐，P(MMA-MAh)是甲基丙烯酸甲酯和马来酸酐的共聚物，PEG4000是分子量为4000的聚乙二醇。
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