CN114069040B - 一种适用于有机电池的聚合物电解质及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于有机电池的聚合物电解质及其制备方法和应用，涉及电池领域。本发明聚合物电解质中包括1，3‑二氧戊环(DOL)开环聚合的聚合物以及SO3 ‑。通过在密封条件下，以全氟磺酸膜为引发剂，引发电解液中的DOL发生聚合反应，得到所述聚合物电解质。本发明制备方法简单，可完全匹配现有的电池制造技术，适用于大规模制备；通过调整电解液中DOL与其他溶剂的比例，选择不同的全氟磺酸膜，以及电解液中所添加的聚合物的种类、分子量以及添加量，能够调节电解质对不同尺寸的有机分子的阻隔作用，进而可以适用于不同的有机电池；本发明聚合物电解质适用于各种有机电极材料，均表现出优异的循环和倍率性能。

Description

一种适用于有机电池的聚合物电解质及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及电池领域，特别是涉及一种适用于有机电池的聚合物电解质及其制备方法和应用。
背景技术
作为便携式电子产品、电动汽车和大型储能装置的主要电源，锂离子电池一直是国内外科学家研究的重点和热点。然而，目前的电池技术无法同时满足高能量密度、高功率密度、长循环寿命、低成本、环境友好、宽工作温度范围等要求。LiCoO2和LiFePO4等商用无机正极材料主要来源于不可再生且分布不均的矿产资源，这极大的影响了它们的大规模生产和未来的可持续性发展。此外，无机正极材料固有的晶界电阻和缓慢的锂离子扩散动力学成为影响电池高功率密度和宽工作温度范围的阻碍。相比之下，有机电极材料丰富且环境友好，结构多样且可调性强。此外，由于非插层氧化还原机制，它们具有较高的理论比容量和快速的反应动力学，因此有望满足下一代电池的要求。然而，有机电池循环过程中电极材料的溶解，不可控的有机氧化还原中间体的穿梭以及对电极的腐蚀导致电池表现出快速的容量衰减和较差的循环寿命。
近年来，研究人员已经尝试了多种策略，包括聚合，共价键合，成盐，多孔基质包封以及采用无机固体电解质，高浓电解液等。然而，这些策略仅仅只是缓解电极溶解，无法阻止可溶性有机中间体向对电极穿梭。基于上述策略对可溶性有机分子的阻止作用不足，且电池中的离子传输动力学较差，因而实现有机电极在低温或高温(0℃以下或60℃以上)下的稳定且可持续运行是一个巨大的挑战，这极大地限制了其在深海、极地和沙漠等特定领域的应用。因此，设计新型电解质材料，抑制有机电极的穿梭并保持良好的动力学以实现电池的宽温域运行成为急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于有机电池的聚合物电解质及其制备方法和应用，以解决上述现有技术存在的问题，使有机电池兼具高能量密度、高功率密度、长循环寿命、低成本、环境友好和宽工作温度范围的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明技术方案之一，一种适用于有机电池的聚合物电解质，所述聚合物电解质中包括1，3-二氧戊环(DOL)开环聚合的聚合物以及SO3 -。
进一步地，所述聚合物电解质中包括外加的高分子量聚合物。
进一步地，所述高分子量聚合物为聚环氧乙烷(PEO)，聚偏氟乙烯(PVDF)，聚丙烯腈(PAN)或聚碳酸丙烯酯(PPC)中的一种或几种。
进一步地，所述高分子量聚合物的数均分子量为20000-2000000。
进一步地，所述高分子量聚合物在所述电解质中的浓度为0.1-1mol L-1。
本发明技术方案之二，上述适用于有机电池的聚合物电解质的制备方法，在电池密封条件下，以全氟磺酸膜为引发剂，原位引发电解液中的DOL发生聚合反应，得到所述聚合物电解质。
进一步地，所述全氟磺酸膜与所述DOL的质量比为1：80-1：8。
进一步地，所述电解液中包括碱金属盐。
进一步地，所述碱金属盐中阳离子为碱金属离子(Li+、Na+、K+)，阴离子为双三氟甲基磺酰亚胺阴离子(TFSI-)，双氟磺酰亚胺阴离子(FSI-)，六氟磷酸根(PF6 -)，高氯酸根(ClO4 -)或者四氟硼酸根(BF4 -)中的至少一种。
进一步地，所述碱金属盐在所述电解质中的浓度为0.01-7mol L-1。
进一步地，所述电解液中包括环状醚类、链状醚类、链状碳酸酯、环状碳酸酯、链状酯或者环状酯中的至少一种。
进一步地，所述电解液中包括外加的高分子量聚合物。
进一步地，所述高分子量聚合物为聚环氧乙烷(PEO)，聚偏氟乙烯(PVDF)，聚丙烯腈(PAN)或聚碳酸丙烯酯(PPC)中的至少一种。
进一步地，所述高分子量聚合物的数均分子量为20000-2000000。
进一步地，所述高分子量聚合物在所述电解液中的浓度为0.1-1mol L-1。
进一步地，所述高分子量聚合物通过搅拌的方法直接混入电解液中。
本发明技术方案之三，上述适用于有机电池的聚合物电解质在电池中的应用。
本发明技术方案之四，一种有机电池，包括有机正极、碱金属负极和电解质，所述有机电池中的电解质为上述适用于有机电池的聚合物电解质，正极为有机电极，负极为碱金属。
本发明技术方案之五，上述有机电池的制备方法，包括以下步骤：
将全氟磺酸膜的分散液涂覆在隔膜表面，干燥，之后用于组装有机电池，添加含有DOL的电解液封装后，静置，得到所述有机电池。
进一步地，所述全氟磺酸膜与所述DOL的质量比为1：80-1：8。
进一步地，所述隔膜为聚乙烯(PE)隔膜、聚丙烯(PP)隔膜、玻璃纤维隔膜或聚酰亚胺隔膜中的至少一种。
进一步地，所述全氟磺酸膜包括Dupont公司的Nafion膜、Dow化学公司的Dow膜、Asahi Chemical公司的Aciplex膜、Asahi Glass公司的Flemion膜、陶氏公司的Xus-B204膜或3M公司的全氟磺酸膜中的至少一种。
进一步地，所述全氟磺酸膜涂覆的厚度为1-10μm。
进一步地，所述干燥具体为：80℃下鼓风干燥2-4h后，于60℃下真空干燥6-24h。
进一步地，所述电解液中包括碱金属盐。
进一步地，所述碱金属盐中阳离子为碱金属离子(Li+、Na+、K+)，阴离子为双三氟甲基磺酰亚胺阴离子(TFSI-)，双氟磺酰亚胺阴离子(FSI-)，六氟磷酸根(PF6 -)，高氯酸根(ClO4 -)或者四氟硼酸根(BF4 -)中的至少一种。
进一步地，所述碱金属盐在所述电解液中的浓度为0.01-7mol L-1。
进一步地，所述电解液中包括环状醚类、链状醚类、链状碳酸酯、环状碳酸酯、链状酯或者环状酯中的至少一种。
进一步地，所述电解液中包括外加的高分子量聚合物。
进一步地，所述高分子量聚合物为聚环氧乙烷(PEO)，聚偏氟乙烯(PVDF)，聚丙烯腈(PAN)或聚碳酸丙烯酯(PPC)中的至少一种。
进一步地，所述高分子量聚合物的数均分子量为20000-2000000。
进一步地，所述高分子量聚合物在所述电解液中的浓度为0.1-1mol L-1。
进一步地，所述静置的时间为4-48h。
静置的目的是为了确保电解液中的DOL发生开环聚合。
本发明技术方案之六，上述有机电池在电动汽车以及航空航天领域的应用。
本发明技术构思：
本发明利用涂覆在隔膜上的全氟磺酸膜为引发剂，原位引发电解液中的DOL溶剂聚合，得到一种同时具有电荷排斥(SO3 -)和物理阻隔(DOL开环聚合的聚合物)双重作用的聚合物电解质来抑制有机电极的穿梭效应，并保持良好的动力学。此外，还可以通过预先在电解液中混入高分子量聚合物的方法，进一步提高电解质对有机电极穿梭的抑制作用。
本发明公开了以下技术效果：
(1)本发明聚合物电解质制备方法简单，可完全匹配现有的电池制造技术，适用于大规模制备；
(2)通过调整电解液中DOL与其他溶剂的比例，选择不同的全氟磺酸膜，以及电解液中所添加的聚合物的种类、分子量以及添加量能够调节电解质对不同尺寸的有机分子的阻隔作用，进而可以适用于不同的有机电池；
(3)本发明聚合物电解质可以在电池中原位聚合获得，利用液态的电解液在电池中直接反应得到半固态的电解质，使得电解质与电极间接触更紧密，具有更低的界面阻抗；
(4)本发明聚合物电解质适用于各种有机电极材料，均表现出优异的电化学性能。
(5)本发明聚合物电解质适用于各种碱金属负极，均表现出优异的电化学性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明聚合物电解质的制备流程图；
图2为本发明实施例1中涂覆全氟磺酸膜后的隔膜截面图；
图3为本发明实施例1制得的Li-TAQB有机电池的循环稳定性能；
图4为本发明实施例1制得的Li-TAQB有机电池的倍率性能；
图5为本发明实施例1制得的Li-TAQB有机电池不同电流密度下的能量密度及功率密度；
图6为本发明实施例2制得的Li-PTCDA有机电池的循环稳定性能；
图7为本发明实施例2中Li-PTCDA有机电池的倍率性能；
图8为本发明实施例2中Li-PTCDA有机电池的高低温性能；
图9为本发明实施例2制得的Li-PTCDA有机电池不同电流密度下的能量密度及功率密度；
图10为本发明实施例3制得的Li-TAQB有机电池的循环稳定性能；
图11为本发明实施例4制得的Li-PTCDA有机电池的循环稳定性能；
图12为本发明实施例5制得的Na-PTCDA有机电池的循环稳定性能；
图13为本发明实施例6制得的K-PTCDA有机电池的循环稳定性能；
图14为本发明对比例1制得的Li-TAQB有机电池的循环稳定性能；
图15为本发明对比例1制得的Li-TAQB有机电池的倍率性能；
图16为本发明对比例2制得的Li-TAQB有机电池的循环稳定性能。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明实施例中电池有机正极、负极的制备过程如下：
有机正极的制作：将活性物质1,3,5-三(9,10-蒽醌基)苯(TAQB)或苝四甲酸二酐(PTCDA)、导电剂(石墨烯或导电炭黑Super P)和粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)按照质量比7：2：1的比例在研钵中混合均匀，按照15mg mL-1(PVDF/NMP)的浓度滴加N-甲基吡咯烷酮(NMP)，研磨成均一的浆料后涂于铝箔集流体上，在70℃的真空烘箱中烘6h以上，取出裁剪成12mm直径的圆片状电极，再放入70℃的真空烘干箱中烘12h以上，放入氩气氛围的手套箱中备用。
负极的制备：将碱金属片在氩气手套箱中裁成12mm直径的圆片，圆片厚度为0.5mm。
本发明实施例所用全氟磺酸膜为Dupont公司的Nafion膜；全氟磺酸膜分散液为Dupont 5wt％的Nafion分散液D520。
本发明实施例聚合物电解质的制备流程图如图1所示。
实施例1
利用200μm刮刀，将Dupont 5wt％的Nafion分散液D520涂覆在PP隔膜表面；将上述涂覆后的隔膜在80℃下鼓风干燥2h后，再于60℃下真空干燥12h，涂覆厚度为3μm(如图2所示)；将上述烘干后的隔膜用于组装Li-TAQB有机电池(Li为负极，TAQB为有机正极)，采用扣式CR2032型体系进行测试，在手套箱中进行电池组装，添加1mol L-1LiTFSI的DOL/DME(乙二醇二甲醚)(1/1，v/v)电解液封装后，于室温下静置6h，确保电解液中的DOL发生开环聚合，形成聚合物电解质；得到Li-TAQB有机电池。
对本实施例获得的Li-TAQB有机电池的循环稳定性能和倍率性能进行测试，采用恒流充放电进行测试分析，充放电电压窗口为：1.5-3.5V(vs.Li+/Li)。
循环稳定性能测试结果如图3所示；由图3能够看出本实施例制备的Li-TAQB有机电池表现出优异的循环和倍率性能，在2C的电流密度下，循环4000圈后，其放电比容量达到184.5mA h g-1，容量保持率为86％。
倍率性能测试结果如图4所示；由图4能够看出，即使在高达100C的电流密度下，本实施例制备的Li-TAQB有机电池仍能保持203mA h g-1放电比容量，约占理论比容量的88％。
图3和图4说明了本实施例制备的聚合物电解质能够在保持有机电池良好的动力学的基础上，抑制小分子有机电极穿梭效应。
根据倍率性能测试结果，对本实施例获得的Li-TAQB有机电池的能量密度和功率密度进行计算，结果如图5所示，其能量密度最高可达467Wh kg-1，功率密度最高可达39200Wkg-1。
实施例2
与实施例1相同，区别仅在于，电解液中还添加了0.6M高分子量PEO(Mn＝1000000)；正极活性物质为分子尺寸比TAQB更小的PTCDA；得到Li-PTCDA有机电池。
对本实施例获得的Li-PTCDA有机电池的循环稳定性能、倍率性能和高低温性能进行测试，采用恒流充放电进行测试分析，充放电电压窗口为：1.5-3.5V(vs.Li+/Li)。
循环稳定性能测试结果如图6所示；由图6能够看出，相比于未添加高分子量PEO的电解质体系(without PEO)，电解液中添加了0.6M PEO的电解质(with PEO)对应Li-PTCDA有机电池在0.5C的电流密度下，循环200圈后，其容量保持率从83％提高到93％，这说明高分子量聚合物能够进一步提高电解质对小分子有机电极穿梭的抑制作用。
倍率性能测试结果如图7所示；由图7能够看出，在高达250C的电流密度下，本实施例制备的Li-PTCDA有机电池仍能保持111mA h g-1放电比容量，约占理论比容量的81％。
高低温性能测试结果如图8所示；由图8能够看出，在100℃以及-70℃下，电池均能稳定循环超过200圈，表明本实施例制备的聚合物电解质能够实现电池的宽温域运行。
根据倍率性能测试结果，对本实施例获得的Li-TAQB有机电池的能量密度和功率密度进行计算，结果如图9所示，其能量密度最高可达341Wh kg-1，功率密度最高可达74750Wkg-1。
实施例3
与实施例1相同，区别仅在于，电解液中溶剂DOL/DME的体积比为4：6或6：4。
进行与实施例1相同的测试，结果如图10所示。当电解液中溶剂DOL/DME的体积比为4：6时，在0.5C的电流密度下，循环100圈后，其容量保持率为93％；当电解液中溶剂DOL/DME的体积比为6：4时，在0.5C的电流密度下，循环100圈后，其容量保持率为95％。
图10说明了改变溶剂中DOL/DME的体积比可以调节制备的聚合物电解质对小分子有机电极穿梭效应的抑制作用。
实施例4
与实施例2相同，区别仅在于，电解液中的高分子量聚合物PEO替换为PVDF(Mn＝1200000)。
进行与实施例2相同的测试，结果表明：在0.5C的电流密度下，循环200圈后，其容量保持率为89％(图11)。
图11说明了改变所添加的高分子量聚合物的种类，本实施例制备的聚合物电解质仍具有抑制小分子有机电极穿梭效应的作用。
实施例5
与实施例2相同，区别仅在于，电解液替换为1mol L-1NaPF6的DOL/DME(1/1，v/v)电解液,负极由金属锂替换为金属钠，得到Na-PTCDA有机电池。
对本实施例获得的Na-PTCDA有机电池的循环稳定性能进行测试，测试结果如图12所示；由图12能够看出，相比于未引入Nafion膜的电解液体系，添加Nafion膜原位形成聚合物电解质后，对应Na-PTCDA有机电池在0.5C的电流密度下，循环150圈后，其容量保持率从56％提高到78％，这说明本发明聚合物电解质适用于钠-有机电池。
实施例6
与实施例2相同，区别仅在于，电解液替换为1mol L-1KFSI的DOL/DME(1/1，v/v)电解液,负极由金属锂替换为金属钾，得到K-PTCDA有机电池。
对本实施例获得的K-PTCDA有机电池的循环稳定性能进行测试，测试结果如图13所示；由图13能够看出，相比于未引入Nafion膜的电解液体系，添加Nafion膜原位形成聚合物电解质后，对应K-PTCDA有机电池在0.5C的电流密度下，循环300圈后，其容量保持率从49％提高到99％，这说明本发明聚合物电解质还适用于钾-有机电池。
对比例1
与实施例1相同，区别仅在于，省略全氟磺酸膜的添加。
进行与实施例1相同的测试，结果表明：循环200圈后，其容量保持率仅为29％(图14)；在高达100C的电流密度下，本对比例制备的有机电池的放电比容量为131mA h g-1，约占理论比容量的57％(图15)。
对比例2
与实施例1相同，区别仅在于，省略全氟磺酸膜的添加，在电解液中添加2M LiPF6。
进行与实施例1相同的测试，结果表明：循环200圈后，其容量保持率仅为42％(图16)。
与LiPF6引发DOL聚合具有类似引发机理的三(三氟甲基磺酸)铝Al(OTf)3,二氟草酸硼酸锂LiDFOB以及三(五氟苯基)硼烷TB等，虽然均能诱导DOL开环形成聚合物，但不具备SO3 -，即不具有电荷排斥的作用，对于抑制小分子有机电极的穿梭，其效果没有本申请的聚合物电解质显著。
Dow化学、Asahi Chemical、Asahi Glass等公司的全氟磺酸膜与杜邦全氟磺酸膜机理相同，能达到类似的技术效果。
本发明聚合物电解质具有优异的电化学性能，能够有效阻隔小分子有机电极的穿梭，并保持良好的动力学，有助于开发出能量密度高、循环寿命长、运行温度范围宽的可充电有机电池，有望应用于各种电动汽车以及航空航天等领域；此外，本发明聚合物电解质的制备方法简单，电池的生产组装与现有工艺完全匹配，适于工业化生产。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种适用于有机电池的聚合物电解质，其特征在于，所述聚合物电解质中包括1，3-二氧戊环开环聚合的聚合物以及SO3 -；
所述适用于有机电池的聚合物电解质的制备方法：在密封条件下，以全氟磺酸膜为引发剂，引发电解液中的1，3-二氧戊环发生聚合反应，得到所述聚合物电解质。
2.根据权利要求1所述的一种适用于有机电池的聚合物电解质，其特征在于，所述聚合物电解质中包含额外添加的高分子量聚合物。
3.如权利要求1所述的一种适用于有机电池的聚合物电解质的制备方法，其特征在于，在密封条件下，以全氟磺酸膜为引发剂，引发电解液中的1，3-二氧戊环发生聚合反应，得到所述聚合物电解质。
4.根据权利要求3所述的一种适用于有机电池的聚合物电解质的制备方法，其特征在于，所述全氟磺酸膜与所述1，3-二氧戊环的质量比为1：80-1：8。
5.根据权利要求3所述的一种适用于有机电池的聚合物电解质的制备方法，其特征在于，所述电解液中包括碱金属盐。
6.如权利要求1所述的一种适用于有机电池的聚合物电解质在有机电池中的应用。
7.一种有机电池，其特征在于，包括有机正极、碱金属负极和电解质，所述有机电池中的电解质为权利要求1所述的适用于有机电池的聚合物电解质。
8.如权利要求7所述的一种有机电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将全氟磺酸膜的分散液涂覆在隔膜表面，干燥，之后用于组装有机电池，添加含有1，3-二氧戊环的电解液封装后，静置，得到所述有机电池。
9.根据权利要求8所述的一种有机电池的制备方法，其特征在于，所述隔膜为聚乙烯PE隔膜、聚丙烯PP隔膜、玻璃纤维隔膜或聚酰亚胺隔膜中的至少一种。
10.如权利要求7所述的一种有机电池在电动汽车以及航空航天领域的应用。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109873199A (zh) * 2017-12-01 2019-06-11 中国科学院大连化学物理研究所 一种聚合物分散液及其应用
CN110556493A (zh) * 2019-08-13 2019-12-10 中国科学院化学研究所 一种锂/钠二次电池功能性复合隔膜及其制备方法
CN111916638A (zh) * 2020-08-04 2020-11-10 珠海冠宇电池股份有限公司 一种电池隔膜、制备方法和电池

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190393482A1 (en) * 2018-06-21 2019-12-26 Nanotek Instruments, Inc. Method of protecting the lithium anode layer in a lithium metal secondary battery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109873199A (zh) * 2017-12-01 2019-06-11 中国科学院大连化学物理研究所 一种聚合物分散液及其应用
CN110556493A (zh) * 2019-08-13 2019-12-10 中国科学院化学研究所 一种锂/钠二次电池功能性复合隔膜及其制备方法
CN111916638A (zh) * 2020-08-04 2020-11-10 珠海冠宇电池股份有限公司 一种电池隔膜、制备方法和电池

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Stable Li-Organic Batteries with Nafion-Based Sandwich-Type Separators;Zhiping Song et al.;《ADVANCED ENERGY MATERIALS》;第6卷(第7期);1-7 *

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