CN109585918A - 一种聚合物电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及聚合物电池技术领域，具体是一种聚合物电池及其制备方法，所述聚合物电池由正极体系、负极体系和聚合物电解质组成，所述聚合电解质包括PEO基体或者PEO共聚物基体10‑12重量份、锂盐1‑3重量份、N，N‑二甲基甲酰胺15‑50重量份和增塑剂5‑15重量份，本发明以PEO基体或者PEO共聚物的共聚物为基体，制备的电解质膜均匀致密、电导率高、电化学窗口大、机械性能优良，满足全固态锂离子电池用聚合物电解质的要求。

Description

一种聚合物电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚合物电池技术领域，具体是一种聚合物电池及其制备方法。
背景技术
锂离子二次电池具有常见的结构特征，包括阴极、阳极、有机 电解质和配置在电极间的锂离子可透过隔膜。发生在电极上的氧化还 原反应产生电能。依据所使用的电解质种类可将锂离子二次电池分成两类：使用液体电解质的聚合物电池和使用固体聚合物电解质的锂离子聚合物电池。
含有液体电解质的聚合物电池，由于液体电解质与电极材料、封装材料缓慢地相互作用和反应，长期服役时溶剂容易干涸、挥发、泄露，电极材料容易被腐蚀，影响电池寿命。另外，采用有机电解液的锂离子充电电池，过度充电、内部短路等异常情况发生时可能导致电解液发热，有自燃或爆炸的危险。
固体聚合物电解质的锂离子聚合物电池不采用液体电解液，而是采用固体电解质，不易燃烧，其安全性可大幅提高。并且，在理想状态下，固态时锂的扩散速度(离子传导率)较液体电解液时高，理论上可实现更高的输出。为了克服液态电解质锂离子电池的安全问题，提高能量密度，目前科研界和工业界都在研发以及生产全固态电池，也就是把传统的锂离子电池的隔膜和电解液，换成固态的电解质材料，开辟了锂电池新的发展方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种安全可靠、能量密度高的聚合物电池及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，
一种聚合物电池，所述聚合物电池由正极体系、负极体系和聚合物电解质组成，所述聚合电解质包括PEO基体或者PEO共聚物基体10-12重量份、锂盐1-3重量份、N，N-二甲基甲酰胺15-50重量份和增塑剂5-15重量份。
所述PEO共聚物基体为聚氧化乙烷-b-聚丙烯酸叔丁酯，聚氧化乙烷-b-聚丙烯酸叔丁酯的制备方法为：将1mmol PEO-Br、1mmol PMDETA、50-200mmol tBA及不超过总质量20%的丙酮，加到聚合管内，待充分溶解后，经过氮气-液氮冷冻-抽真空-溶解的过程，重复三次操作，第三次在冷冻时加入1mmol CuBr，再重复三次氮气-液氮冷冻-抽真空-溶解的操作，封管后，60摄氏度搅拌反应4h，聚合液用无水二氯甲烷稀释，过中性的氧化铝柱除去铜盐，旋转蒸发除去溶剂，得到聚氧化乙烷-b-聚丙烯酸叔丁酯。
所述锂盐选自以下组份：LiPF6、 LiAsF6、LiClO4、LiN(CF3SO2)2、LiBF4、LiCF3SO3和LiSbF6的一种或多种。
所述增塑剂为质量比为1：1：1-1：4：1的碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二乙酯的组合物。
所述聚合电解质还包括1-5重量份纳米氧化镍。
一种聚合物电池的制备方法，它是按以下步骤实现：
步骤一：在惰性气体的保护下，PEO基体或者PEO共聚物基体和锂盐溶解在N，N-二甲基甲酰胺中，加入增塑剂，搅拌，混合均匀得到透明粘稠液；
步骤二：将透明粘稠液浇注于聚四氟乙烯板上流延成膜，真空干燥后得到所述所述聚合电解质。
优选的，步骤一中加入增塑剂的同时，加入纳米氧化镍。
有益效果：本发明以PEO基体或者PEO共聚物的共聚物为基体，制备的电解质膜均匀致密、电导率高、电化学窗口大、机械性能优良，满足全固态锂离子电池用聚合物电解质的要求。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，以下实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种聚合物电池，所述聚合物电池由正极体系、负极体系和聚合物电解质组成，其特征在于：所述聚合电解质包括PEO基体10重量份、锂盐1重量份、N，N-二甲基甲酰胺15重量份和增塑剂5重量份。
所述锂盐选自LiPF6。
所述增塑剂为质量比为1：1：1的碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二乙酯的组合物。
所述聚合电解质还包括1重量份纳米氧化镍。
一种聚合物电池的制备方法，它是按以下步骤实现：
步骤一：在惰性气体的保护下，PEO基体和锂盐溶解在N，N-二甲基甲酰胺中，加入增塑剂，搅拌，混合均匀得到透明粘稠液；
步骤二：将透明粘稠液浇注于聚四氟乙烯板上流延成膜，真空干燥后得到所述所述聚合电解质。
实施例2
一种聚合物电池，所述聚合物电池由正极体系、负极体系和聚合物电解质组成，其特征在于：所述聚合电解质包括PEO共聚物基体11重量份、锂盐2重量份、N，N-二甲基甲酰胺30重量份和增塑剂10重量份。
所述PEO共聚物基体为聚氧化乙烷-b-聚丙烯酸叔丁酯。
所述锂盐选自LiPF6。
所述增塑剂为质量比为1：3：1的碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二乙酯的组合物。
所述聚合电解质还包括3重量份纳米氧化镍。
一种聚合物电池的制备方法，它是按以下步骤实现：
步骤一：在惰性气体的保护下， PEO共聚物基体和锂盐溶解在N，N-二甲基甲酰胺中，加入增塑剂，搅拌，混合均匀得到透明粘稠液；
步骤二：将透明粘稠液浇注于聚四氟乙烯板上流延成膜，真空干燥后得到所述所述聚合电解质。
优选的，步骤一中加入增塑剂的同时，加入纳米氧化镍。
实施例3
一种聚合物电池，所述聚合物电池由正极体系、负极体系和聚合物电解质组成，其特征在于：所述聚合电解质包括PEO共聚物基体12重量份、锂盐3重量份、N，N-二甲基甲酰胺50重量份和增塑剂15重量份。
所述PEO共聚物基体为聚氧化乙烷-b-聚丙烯酸叔丁酯。
所述锂盐选自LiBF4。
所述增塑剂为质量比为1：4：1的碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二乙酯的组合物。
所述聚合电解质还包括5重量份纳米氧化镍。
一种聚合物电池的制备方法，它是按以下步骤实现：
步骤一：在惰性气体的保护下， PEO共聚物基体和锂盐溶解在N，N-二甲基甲酰胺中，加入增塑剂，搅拌，混合均匀得到透明粘稠液；
步骤二：将透明粘稠液浇注于聚四氟乙烯板上流延成膜，真空干燥后得到所述所述聚合电解质。
优选的，步骤一中加入增塑剂的同时，加入纳米氧化镍。
实施例4
一种聚合物电池，所述聚合物电池由正极体系、负极体系和聚合物电解质组成，其特征在于：所述聚合电解质包括PEO共聚物基体12重量份、锂盐3重量份、N，N-二甲基甲酰胺30重量份和增塑剂12重量份。
所述PEO共聚物基体为聚氧化乙烷-b-聚丙烯酸叔丁酯。
所述锂盐选自LiPF6。
所述增塑剂为质量比为1：2：1的碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二乙酯的组合物。
所述聚合电解质还包括3重量份改性纳米氧化镍，改性纳米氧化镍是将摩尔比为4：1:4的尿素、六水合氯化镍、柠檬酸钠分散在乙醇中形成混合液，将该混合液密封后于200°C下进行热反应，将产物洗涤、干燥，然后以摩尔比1:100的量将产物加入1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体中，密封后于200 °C下再次进行热处理，将产物洗涤、干燥后，在氩气气氛下以2 °C /min程序升温至500 °C后自然冷却研磨即得。
一种聚合物电池的制备方法，它是按以下步骤实现：
步骤一：在惰性气体的保护下，PEO共聚物基体和锂盐溶解在N，N-二甲基甲酰胺中，加入增塑剂，搅拌，混合均匀得到透明粘稠液；
步骤二：将透明粘稠液浇注于聚四氟乙烯板上流延成膜，真空干燥后得到所述所述聚合电解质。
优选的，步骤一中加入增塑剂的同时，加入纳米氧化镍。
。
通过以上表格可以看出本发明具有较好的电导率和强度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种聚合物电池，所述聚合物电池由正极体系、负极体系和聚合物电解质组成，其特征在于：所述聚合电解质包括PEO基体或者PEO共聚物基体10-12重量份、锂盐1-3重量份、N，N-二甲基甲酰胺15-50重量份和增塑剂5-15重量份。
2.根据权利要求1所述的一种聚合物电池，其特征在于，所述PEO共聚物基体为聚氧化乙烷-b-聚丙烯酸叔丁酯。
3.根据权利要求1所述的一种聚合物电池，其特征在于，所述锂盐选自以下组份：LiPF6、LiAsF6、LiClO4、LiN(CF3SO2)2、LiBF4、LiCF3SO3和LiSbF6的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种聚合物电池，其特征在于，所述增塑剂为质量比为1：1：1-1：4：1的碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二乙酯的组合物。
5.根据权利要求1所述的一种聚合物电池，其特征在于，所述聚合电解质还包括1-5重量份纳米氧化镍。
6.根据权利要求1所述的一种聚合物电池的制备方法，其特征在于，它是按以下步骤实现：
步骤一：在惰性气体的保护下，PEO基体或者PEO共聚物基体和锂盐溶解在N，N-二甲基甲酰胺中，加入增塑剂，搅拌，混合均匀得到透明粘稠液；
步骤二：将透明粘稠液浇注于聚四氟乙烯板上流延成膜，真空干燥后得到所述所述聚合电解质。
7.根据权利要求1所述的一种聚合物电池，其特征在于，步骤一中加入增塑剂的同时，加入纳米氧化镍。
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