CN106602138A - 一种添加高浓度锂盐的固态聚合物电解质及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种添加高浓度锂盐的固态聚合物电解质。该固态聚合物电解质的组分包括锂盐和固态聚碳酸酯，其中，所述锂盐分散在所述固态聚碳酸酯的基体内，所述固态聚合物电解质中锂盐的含量为40～90wt%。本发明的固态聚合物电解质制备简单，室温电导率高，电化学和界面稳定性好。

Description

一种添加高浓度锂盐的固态聚合物电解质及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种添加高浓度锂盐的固态聚合物电解质及其制备方法。
背景技术
大规模储能系统已经成为未来智能电网的重要组成部分，开发高效储能技术对于提高现有发电系统的利用效率、电力质量和促进可再生能源广泛应用具有重大社会与经济效益。储能技术中最具有工业化推广前景的技术之一是电化学储能技术，锂离子电池因其重量轻、比能量/比功率高、寿命长等特点被视为最具竞争力的电化学储能技术之一，而且在储能各环节中的应用也越来越广泛。但目前大规模商业化的锂离子二次电池普遍采用有机碳酸酯类的液态电解质，易泄露、易燃烧、易爆炸，限制了其进一步应用。
聚合物电解质电池具有安全性能好、能量密度高、工作温度区间广、循环寿命长等优点而得到了广泛的认可，是锂离子电池领域的研究热点。
到目前为止，锂离子电池常用的聚合物电解质主要包括：聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氧乙烯、聚氧丙烯等。可是这些聚合物都有一定的缺点：聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯常用来作为凝胶聚合物电解质，凝胶聚合物电解质具有较高的离子电导率，可是由于凝胶聚合物电解质的力学强度较低，在剧烈撞击时，容易使电池内部短路。聚氧乙烯、聚氧丙烯可以用来作为全固态聚合物电解质，然而，低的离子电导率限制了它们的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种添加高浓度锂盐的固态聚合物电解质及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种添加高浓度锂盐的固态聚合物电解质，所述固态聚合物电解质的组分包括锂盐和固态聚碳酸酯，其中，所述锂盐分散在所述固态聚碳酸酯的基体内，所述固态聚合物电解质中锂盐的含量为40～90wt%。
优选地，所述固态聚碳酸酯为聚碳酸乙烯酯、聚碳酸丙烯酯和聚碳酸亚乙烯酯中的至少一种，分子量为10000～1000000。
优选地，所述锂盐为高氯酸锂、六氟磷酸锂、二草酸硼酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂和双氟磺酰亚胺锂中的至少一种。
优选地，所述固态聚合物电解质含1～50wt%的无机填料和/或快离子导体。
优选地，所述无机填料为二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝、氧化锆、氧化镍、氮化硅、氢氧化镁、硅藻土、蒙脱土和高岭土中的至少一种，优选为纳米级无机填料；所述快离子导体为Li7La3Zr2O12、Li10GeP2S12、Li3OCl0 .5Br0 .5、Li3xLa(2/3)-xTiO3 （0.04<x<0.14）、Li5La3Ta2O12、Li5La3Nb2O12、Li5 .5La3Nb1 .75In0 .25O12、Li3N-LiCl、Li3N-LiBr、Li3N-LiI、Li14Zn( GeO4 )4、LiZr2( PO4 )3、Li3OCl、LiPON和Li2S-MaSb （M=Al、Si或P，a和b的取值分别为1-3）中的至少一种。
上述固态聚合物电解质的制备方法，包括：
（1）先将聚碳酸酯溶解于溶剂中，得到聚碳酯溶液；
（2）再将锂盐加入聚碳酯溶液中，搅拌至完全溶解后，干燥得到固态聚合物电解质。
优选地，所述溶剂为乙腈、二甲基亚砜、环丁砜、亚硫酸二甲酯、亚硫酸二乙酯、丙酮、四氢呋喃、三氯甲烷、乙酸乙酯、N，N-二甲基甲酰胺和N，N-二甲基乙酰胺中的至少一种。
本发明的固态聚合物电解质制备简单，室温电导率高，氧化分解电位>4.8V，电化学和界面稳定性好，可作为锂离子电池的电解质使用。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1 60%锂盐添加量聚合物电解质制备
将2 g 聚碳酸乙烯酯和40 g 乙腈加入100 ml试剂瓶室温搅拌6 h获得均匀溶液，将3g 双三氟甲基磺酰亚胺锂加入到上述溶液当中，在常温下搅拌6 h，待完全溶解后得到均匀的混合溶液，将该混合溶液注入聚四氟乙烯（PTFE）模具中晾干成膜，真空干燥即得到固态聚合物电解质膜。
实施例2 添加SiO2的73%锂盐添加量聚合物电解质制备
将1 g 聚碳酸乙烯酯、0.5 g SiO2（15 nm）和40 g 乙腈加入100 ml试剂瓶室温搅拌6h获得均匀溶液，将4 g 双三氟甲基磺酰亚胺锂加入到上述溶液当中，在常温下搅拌6 h，待完全溶解后得到均匀的混合溶液，将该混合溶液注入到PTFE模具中晾干成膜，真空干燥即得到固态聚合物电解质膜。
实施例3 80%锂盐添加量聚合物电解质制备
将1 g 聚碳酸乙烯酯和40 g 乙腈加入100 ml试剂瓶室温搅拌6 h获得均匀溶液，将4g 双三氟甲基磺酰亚胺锂加入到上述溶液当中，在常温下搅拌6 h，待完全溶解后得到均匀的混合溶液，将该混合溶液注入聚四氟乙烯（PTFE）模具中晾干成膜，真空干燥即得到固态聚合物电解质膜。
对比例1 20%锂盐添加量聚合物电解质制备
将4 g 聚碳酸乙烯酯和40 g 乙腈加入100 ml试剂瓶室温搅拌6 h获得均匀溶液，将1g 双氟甲磺酰亚胺锂加入到上述溶液当中，在常温下搅拌6 h，待完全溶解后得到均匀的混合溶液，将该混合溶液注入到PTFE模具中晾干成膜，真空干燥即得到固态聚合物电解质膜。
对比例2
将4 g聚氧化乙烯和80 g 乙腈加入100 ml试剂瓶室温搅拌6 h获得均匀溶液，将0.8 g高氯酸锂加入到上述溶液当中，在常温下搅拌6 h，待完全溶解后得到均匀的混合溶液，将该混合溶液注入到PTFE模具中晾干成膜，真空干燥即得到固态聚合物电解质膜。
对比例3
将4g聚氧化乙烯和80 g 乙腈加入100 ml试剂瓶室温搅拌6 h获得均匀溶液，将1.2 g高氯酸锂加入到上述溶液当中，在常温下搅拌6 h，待完全溶解后得到均匀的混合溶液，将该混合溶液注入到PTFE模具中晾干成膜，真空干燥即得到固态聚合物电解质膜。
电导率测试结果如下：
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种添加高浓度锂盐的固态聚合物电解质，所述固态聚合物电解质的组分包括锂盐和固态聚碳酸酯，其中，所述锂盐分散在所述固态聚碳酸酯的基体内，所述固态聚合物电解质中锂盐的含量为40～90wt%。
2.根据权利要求1所述的固态聚合物电解质，其特征在于：所述固态聚碳酸酯为聚碳酸乙烯酯、聚碳酸丙烯酯和聚碳酸亚乙烯酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的固态聚合物电解质，其特征在于：所述锂盐为高氯酸锂、六氟磷酸锂、二草酸硼酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂和双氟磺酰亚胺锂中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的固态聚合物电解质，其特征在于：所述固态聚合物电解质含1～50wt%的无机填料和/或快离子导体。
5.根据权利要求4所述的固态聚合物电解质，其特征在于：所述无机填料为二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝、氧化锆、氧化镍、氮化硅、氢氧化镁、硅藻土、蒙脱土和高岭土中的至少一种；所述快离子导体为Li7La3Zr2O12、Li10GeP2S12、Li3OCl0 .5Br0 .5、Li3xLa(2/3)-xTiO3、Li5La3Ta2O12、Li5La3Nb2O12、Li5 .5La3Nb1 .75In0 .25O12、Li3N-LiCl、Li3N-LiBr、Li3N-LiI、Li14Zn( GeO4 )4、LiZr2( PO4 )3、Li3OCl、LiPON和Li2S-MaSb中的至少一种，其中，0 .04<x<0 .14，M=Al、Si或P，a和b的取值分别为1-3。
6.权利要求1所述固态聚合物电解质的制备方法，包括：
（1）先将聚碳酸酯溶解于溶剂中，得到聚碳酯溶液；
（2）再将锂盐加入聚碳酯溶液中，搅拌至完全溶解后，干燥得到固态聚合物电解质。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述溶剂为乙腈、二甲基亚砜、环丁砜、亚硫酸二甲酯、亚硫酸二乙酯、丙酮、四氢呋喃、三氯甲烷、乙酸乙酯、N，N-二甲基甲酰胺和N，N-二甲基乙酰胺中的至少一种。
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