一种超交联聚合物电解质的制备方法与流程

本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种超交联聚合物电解质的制备方法。

背景技术：

目前，采用固态电解质和锂负极的固态锂电池因其能量密度高和固有的安全性而备受青睐。但固态电解质的环境温度电导率低，界面相容性差，易形成锂枝晶，导致极化大，循环稳定性差。常见的固态电解质包括无机固态电解质和聚合物电解质。然而，它们都没有广泛应用于商用锂电池。因为固态电解质中的高状态元素(如ti4⁺，ge4⁺)会使锂负极中的li⁺快速运转，导致固态锂电池很难形成稳定的界面，从而导致锂枝晶将沿着多孔性和晶界进行生长。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种具有较高的离子导电率和电化学稳定性的超交联聚合物电解质的制备方法。

为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：

本发明的实施例提供了一种超交联聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：

将聚乙二醇和甲苯二异氰酸酯溶解于氯仿中，得到第一反应产物；

在第一反应产物中加入聚丙二醇，得到前驱体；

在前驱体中加入锂基粘土，得到第二反应产物；

将第二反应产物过滤并涂覆在模具上挥发成膜，得到超交联聚合物电解质。

可选的，超交联聚合物电解质中的聚乙二醇的分子量为500～1000，超交联聚合物电解质中的聚丙二醇的分子量为1000～4000。

可选的，聚乙二醇和甲苯二异氰酸酯的摩尔比为1∶1.8～2.2。

可选的，第一反应产物与聚丙二醇的摩尔比为1∶2～2.3。

可选的，前驱体和锂基粘土的摩尔比为1∶0.1～0.15。

可选的，锂基粘土为蒙脱土、珍珠石或者埃洛石中的一种。

可选的，得到第一反应产物、得到前驱体和得到第二反应产物均在氮气的保护下进行。

可选的，模具的材质为聚四氟乙烯。

本发明提供的一种超交联聚合物电解质的制备方法，由于将聚乙二醇和甲苯二异氰酸酯溶解于氯仿中，得到第一反应产物，在第一反应产物中加入聚丙二醇，得到前驱体，并且在前驱体中加入锂基粘土，得到第二反应产物，锂基粘土具有复杂的空间结构，能为li⁺的快速运输提供良好的通道，因此具有较高离子电导率，将第二反应产物过滤并涂覆在模具上挥发成膜，得到超交联聚合物电解质，超交联聚合物电解质具有嵌段结构，综合了嵌段结构较强的机械性能和锂基粘土空间结构较好的电化学性能，具备很好的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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是本发明的超交联聚合物电解质的制备方法流程图；

图2是本发明的超交联聚合物电解质的机械性能测试图；

图3是本发明的超交联聚合物电解质的阻抗示意图；

图4是本发明的超交联聚合物电解质的高频区阻抗示意图；

图5是本发明的超交联聚合物电解质的电化学阻抗测试图；

图6是本发明的超交联聚合物电解质的电化学性能循环测试图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

图1是本发明的超交联聚合物电解质的制备方法流程图，如图1所示，本实施例的超交联聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：

s01、将聚乙二醇和甲苯二异氰酸酯溶解于氯仿中，得到第一反应产物；

在本实施例的步骤s01中，先按照摩尔比1∶1.8～2.2的比例准确称量聚乙二醇(peg)和甲苯二异氰酸酯(tdi)，然后选取一定量的氯仿作为溶剂溶解聚乙二醇(peg)和甲苯二异氰酸酯(tdi)，待两者完全溶解后在氯仿溶液中后，将整个反应溶液放置在充满氮气的环境中进行反应，得到第一反应产物，第一反应产物具有超交联嵌段结构。

s02、在所述第一反应产物中加入聚丙二醇，得到前驱体；

在本实施例的步骤s02中，在第一反应产物中加入聚丙二醇，得到反应所需的前驱体。值得注意的是，纯聚合物电解质虽然能抑制锂枝晶，但是效果并不显著，而聚乙二醇与聚丙二醇具有不同的空间结构，因此，聚乙二醇与聚丙二醇的杂揉能够使得聚合物的链段的复杂性得到增加，从而很好降低结晶区的比例，增加非结晶区的的比例，而非结晶区的增加更加有利于li⁺的快速迁移。并且，还能够增强超交联聚合物电解质的机械强度和柔性，有利于承受li⁺沉积和剥离过程中的机械变形，方便储存运输、成本低廉，易于加工。值得注意的是，一份超交联聚合物电解质中的聚乙二醇的分子量应在500～1000之间，聚丙二醇的分子量应在1000～4000之间。

s03、在所述前驱体中加入锂基粘土，得到第二反应产物；

在得到前驱体之后，可以在前驱体中加入锂基粘土，值得注意的是，前驱体和锂基粘土的摩尔比为1∶0.1～0.15，加入锂基粘土之后，同样将整个反应溶液放置在充满氮气的环境中进行反应，进而得到第二反应产物，锂基粘土具有复杂的空间结构，能够为li⁺的快速运输提供良好的通道，当锂基粘土聚合在前驱体的超交联嵌段结构的内部时，能够使第二反应产物证据具备很高的电导率，电导率可以高达1×10^-3s/cm。

具体的，锂基粘土为蒙脱土、珍珠石或者埃洛石中的一种，根据电池的种类，其中蒙脱土具有层状结构，珍珠石具有叠片状结构，埃洛石具有管状结构，能够显著提高整个第二反应产物的电导率和的电化学性能。

值得注意的是，锂基粘土的制备方法为，先将锂基粘土用1.5～2mol硫酸进行除杂，然后再加入氢氧化锂，使锂基粘土锂化，将锂化完成的锂基粘土离心、冷冻干燥，即完成锂基粘土的制备。

s04、将第二反应产物过滤并涂覆在模具上挥发成膜，得到超交联聚合物电解质。

在本实施例的步骤s03中，第二反应产物已经准备完成，需要将第二反应产物涂覆在模板上挥发成膜，从而得到超交联聚合物电解质。具体为，将第二反应产物过滤，随后将过滤得到的材料均匀地涂覆到聚四氟乙烯模具上，将过滤得到的材料烘干挥发成膜即可。

图2是本发明的超交联聚合物电解质的机械性能测试图，如图2所示，将本实施例得到的超交联聚合物电解质形成的膜进行拉伸测试实验，拉伸应变能达到500％左右，拉伸应力储存模量达到0.023mpa，由此可见，本发明的超交联聚合物电解质形成的膜具有较好柔性。

图3是本发明的超交联聚合物电解质的阻抗示意图，图4是本发明的超交联聚合物电解质的高频区阻抗示意图，即图4是图3中左侧的高频区的放大示意图，在图4中可以看出，阻抗由实部和虚部组成，而该超交联聚合物电解质形成的膜的本体阻抗只有9ω，说明该超交联聚合物电解质形成的膜的结构有利于锂离子迁移，锂基粘土的掺杂不会增加膜的阻抗，反而提高该膜的离子电导率。

图5是本发明的超交联聚合物电解质的电化学阻抗测试图，如图5所示，将该超交联聚合物电解质形成的膜组装成半电池之后，进行电化学阻抗测试，而该组成半电池的固态电池阻抗只有100ω，说明该膜与正负极的接触优良，固固界面兼容性较高，锂基粘土的纳米颗粒不会影响界面的兼容性。

图6是本发明的超交联聚合物电解质的电化学性能循环测试图，如图6所示，将该超交联聚合物电解质形成的膜与磷酸铁锂组成的固态电池，然后在1c高倍率循环下进行充电循环，循环圈数为800圈，循环完成后，该电池的比容量由130mah/g降到了110mah/g，但是仍保持在80％，库伦效率则保持在99％以上，充分说明该膜的优异的电化学性能，并且该膜在循环过程不会有副反应发生，结构稳定，不易分解。

综上，本发明实施例提供了一种超交联聚合物电解质的制备方法，由于将聚乙二醇和甲苯二异氰酸酯溶解于氯仿中，得到第一反应产物，在第一反应产物中加入聚丙二醇，得到前驱体，并且在前驱体中加入锂基粘土，得到第二反应产物，锂基粘土具有复杂的空间结构，能为li⁺的快速运输提供良好的通道，因此具有较高离子电导率，将第二反应产物过滤并涂覆在模具上挥发成膜，得到超交联聚合物电解质，超交联聚合物电解质具有嵌段结构，综合了嵌段结构较强的机械性能和锂基粘土空间结构较好的电化学性能，具备很好的实用性。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。