CN107331890B - 一种锂离子电池单离子固体聚合物电解质的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池单离子固体聚合物电解质的制备方法，具体是先将带有双键的有机酸、氢氧化锂、去离子水、无水乙醇在冷浴中再按一定比例混合，反应半小时，旋蒸洗涤烘干得到有机锂盐，再将得到的有机锂盐和八乙烯基倍半硅氧烷、聚乙二醇衍生物、偶氮二异丁腈、二甲基亚砜按一定比例混合，在氮气环境中70℃反应6~8小时，产物离心洗涤，干燥得到单离子聚合物，再将得到的聚合物溶于去离子水，浇注在聚四氟乙烯模具上，在60℃下烘干，得到单离子固体聚合物电解质膜。本发明公开的方法制备出的锂离子电池单离子聚合物电解质锂离子迁移数高、机械强度好、热稳定性好。

Description

一种锂离子电池单离子固体聚合物电解质的制备方法
技术领域
本发明属于电池技术领域，具体为锂离子二次电池固体聚合物电解质的制备方法。
背景技术
固体聚合物电解质的研究是与上个世纪70年代开始的，Wright等人通过在聚氧化乙烯中加入碱金属盐得到了一种在室温下有极弱到点性质的聚合物，而后Armand等人将其应用在电池中，引起了广泛的关注。通常情况下，聚合物电解质都是阴阳离子同时传导，阳离子迁移数比较低，仅有0.2~0.5，有时甚至小于0.1，这对聚合物电解质的应用是极其不利的。为了解决聚合物电解质阳离子迁移数低的问题，研究者们制备阳离子迁移数接近于1的单离子型聚合物电解质。J. Rolland等人制备了单离子型二嵌段共聚物，其室温下电导率达到2×10-5 S·cm-1，电化学窗口达到4.5 V，锂离子迁移数达到0.84（Polymer, 2015,68, 344-352）。
八乙烯基倍半硅氧烷具有刚性结构和多官能度，能够提高聚合物电解质的热稳定性和电化学稳定性，梳状固体聚合物电解质在室温下有较高的离子电导率，因此我们对其在单离子固体聚合物电解质中的应用展开研究。
发明内容
本发明目的是利用八乙烯基倍半硅氧烷的多官能度和刚性结构，与有机锂盐和聚乙二醇衍生物共聚得到单离子聚合物，将其溶于去离子水浇注到聚四氟乙烯模具中，蒸发溶剂得到锂离子迁移数高、机械强度好、热稳定性好的锂离子电池固体聚合物电解质。
为实现本发明的目的，提供以下技术方案：
一种锂离子电池单离子固体聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将带有双键的有机酸和无水乙醇按摩尔比0.1:1混合配成溶液A，将氢氧化锂和去离子水按摩尔比0.1:1混合在室温下超声分散直至形成溶液B，然后将溶液B放置于磁力搅拌的冰浴中，按羧酸根和氢氧根等物质的量比例将溶液A缓慢滴加入溶液B，反应半小时，然后将混合溶液在35℃旋转蒸发，直至白色晶体析出，用丙酮洗涤白色晶体，真空条件下30℃烘干，得到有机锂盐；
（2）将步骤（1）中得到的有机锂盐与八乙烯基倍半硅氧烷、聚乙二醇衍生物、偶氮二异丁腈、二甲基亚砜按摩尔比0.01:0.0001~0.0003:0.002:0.0001~0.0003:0.25混合，并在水浴中搅拌直至形成均一溶液，在氮气环境中70℃反应6~8小时，离心并用分别用二甲基亚砜和无水乙醇洗涤三遍，干燥得到单离子聚合物；
（3）将步骤（2）得到的单离子聚合物溶于15 ml去离子水，浇注在聚四氟乙烯模具上，在60℃下烘干，得到单离子固体聚合物电解质膜。
进一步的，所述步骤中有机酸为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸的至少一种。
进一步的，所述步骤中聚乙二醇衍生物为烯丙基聚氧乙烯醚、甲基丙烯酸聚乙二醇酯的至少一种。
本发明的特点是：制备出的锂离子电池单离子聚合物电解质锂离子迁移数高、机械强度好、热稳定性好。
具体实施方式
以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
实施例1：
（1）将7.2 g丙烯酸与46 g无水乙醇混合配成溶液A，将2.4 g氢氧化锂与18 g去离子水混合在室温下超声分散直至形成溶液B，然后将溶液B放置于磁力搅拌的冰浴中，将配置好的溶液A缓慢滴入溶液B，反应半小时，然后将混合溶液在35℃旋转蒸发，直至白色晶体析出，用丙酮洗涤白色晶体，真空条件下30℃烘干，得到丙烯酸锂；
（2）将0.78 g步骤（1）中得到的丙烯酸锂与0.0633 g八乙烯基倍半硅氧烷、1 g烯丙基聚氧乙烯醚、0.0164 g偶氮二异丁腈、18 ml二甲基亚砜混合，并在水浴中搅拌直至形成均一溶液，在氮气环境中70℃反应6小时，离心并用分别用二甲基亚砜和无水乙醇洗涤三遍，干燥得到单离子聚合物；
（3）将步骤（2）得到的单离子聚合物溶于15 ml去离子水，浇注在聚四氟乙烯模具上，在60℃下烘干，得到单离子固体聚合物电解质膜。
实施例2：
（1）将11.6 g马来酸与46 g无水乙醇混合配成溶液A，将4.8 g氢氧化锂与36 g去离子水混合在室温下超声分散直至形成溶液B，然后将溶液B放置于磁力搅拌的冰浴中，将配置好的溶液A缓慢滴入溶液B，反应半小时，然后将混合溶液在35℃旋转蒸发，直至白色晶体析出，用丙酮洗涤白色晶体，真空条件下30℃烘干，得到马来酸锂；
（2）将0.116 g步骤（1）中得到的马来酸锂与0.1326 g八乙烯基倍半硅氧烷、2 g烯丙基聚氧乙烯醚、0.0328 g偶氮二异丁腈、18 ml二甲基亚砜混合，并在水浴中搅拌直至形成均一溶液，在氮气环境中70℃反应7小时，离心并用分别用二甲基亚砜和无水乙醇洗涤三遍，干燥得到单离子聚合物；
（3）将步骤（2）得到的单离子聚合物溶于20 ml去离子水，浇注在聚四氟乙烯模具上，在60℃下烘干，得到单离子固体聚合物电解质膜。
实施例3：
（1）将8.6 g甲基丙烯酸与46 g无水乙醇混合配成溶液A，将2.4 g氢氧化锂与18 g去离子水混合在室温下超声分散直至形成溶液B，然后将溶液B放置于磁力搅拌的冰浴中，将配置好的溶液A缓慢滴入溶液B，反应半小时，然后将混合溶液在35℃旋转蒸发，直至白色晶体析出，用丙酮洗涤白色晶体，真空条件下30℃烘干，得到甲基丙烯酸锂；
（2）将0.86 g步骤（1）中得到的甲基丙烯酸锂与0.1899 g八乙烯基倍半硅氧烷、2.85 g甲基丙烯酸聚乙二醇酯、0.0492 g偶氮二异丁腈、18 ml二甲基亚砜混合，并在水浴中搅拌直至形成均一溶液，在氮气环境中70℃反应8小时，离心并分别用二甲基亚砜和无水乙醇洗涤三遍，干燥得到单离子聚合物；
（3）将步骤（2）得到的单离子聚合物溶于20 ml去离子水，浇注在聚四氟乙烯模具上，在60℃下烘干，得到单离子固体聚合物电解质膜。

Claims (1)

1.一种锂离子电池单离子固体聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将带有双键的有机酸和无水乙醇按摩尔比0.1:1混合配成溶液A，将氢氧化锂和去离子水按摩尔比0.1:1混合在室温下超声分散直至形成溶液B，然后将溶液B放置于磁力搅拌的冰浴中，按羧酸根和氢氧根等物质的量比例将溶液A缓慢滴加入溶液B，反应半小时，然后将混合溶液在35℃旋转蒸发，直至白色晶体析出，用丙酮洗涤白色晶体，真空条件下30℃烘干，得到有机锂盐，其中，所述有机酸为丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸的至少一种；
（2）将步骤（1）中得到的有机锂盐与八乙烯基倍半硅氧烷、聚乙二醇衍生物、偶氮二异丁腈、二甲基亚砜按摩尔比0.01:0.0001~0.0003:0.002:0.0001~0.0003:0.25混合，并在水浴中搅拌直至形成均一溶液，在氮气环境中70℃反应6~8小时，离心并用分别用二甲基亚砜和无水乙醇洗涤三遍，干燥得到单离子聚合物，其中，所述聚乙二醇衍生物为烯丙基聚氧乙烯醚、甲基丙烯酸聚乙二醇酯的至少一种；
（3）将步骤（2）得到的单离子聚合物溶于15~20 ml去离子水，浇注在聚四氟乙烯模具上，在60℃下烘干，得到单离子固体聚合物电解质膜。
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