本发明涉及锂离子固态电解质
技术领域：
，更具体地，涉及一种具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质的制备方法。
背景技术：
：锂离子电池目前有液态锂离子电池(lib)和聚合物锂离子电池(plb)两类，液态锂离子电池使用液体电解质，聚合物锂离子电池则以固体聚合物电解质来代替，这种聚合物锂离子电池具有安全性能好、重量轻、容量大和内阻小等特点。现有的聚合物基固态电解质多采用以聚偏氟乙烯(pvdf)、聚氧化乙烯(peo)以及聚氨酯(pu)作为基体与锂盐共混而后经过涂覆成膜，依靠电解质活性物质与聚合物形成相互作用力使锂盐在聚合物中均匀地分散，利用聚合物分子链的运动实现锂离子的传输。但是，由于这类聚合物玻璃化转变温度高，常温下分子链运动困难，此外聚合物结晶度高使得锂盐在聚合物中的持有量不高导致这类聚合物基固态电解质室温下离子电导率低下，同样致使固态电池室温电性能低下，不利于实际应用。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是针对现有的固态电解质离子电导率低下不足，提供一种具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质的制备方法。本发明的目的通过以下技术方案予以实现：一种具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质的制备方法，制备步骤包括：s1.配置基体溶液：将聚合物基体溶于良溶剂中，配置一定浓度的基体溶液。s2.配置功能单体溶液：取一定量的二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(litfsi)溶于功能单体中形成litfsi/功能单体溶液；另取一定量的三（三氟磺酸）铝((cf3so3)3al)溶于功能单体形成(cf3so3)3al/功能单体溶液。s3.配置前驱液：将s2中所述litfsi/功能单体溶液和(cf3so3)3al/功能单体溶液按一定比例混合均匀，形成混合液，然后将混合液加入到s1所述的聚合物基体溶液中搅拌均匀制成前驱液。s4.制备固态电解质膜：将s3中所述前驱液涂在锂片上，然后将涂有前驱液的锂片干燥，得到具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质膜。进一步地，s1所述聚合物基体为聚偏氟乙烯(pvdf)、聚偏氟乙烯全氟丙烯（pvdf-hfp）或聚氧化乙烯(peo)中的一种或多种。进一步地，s1所述良溶剂为丙酮、n,n-二甲基甲酰胺或去离子水。优选地，聚合物为聚氧化乙烯(peo)时，良溶剂采用去离子水。聚合物基体为聚偏氟乙烯(pvdf)、聚偏氟乙烯全氟丙烯（pvdf-hfp）时，良溶剂采用丙酮。进一步地，s1所述基体溶液浓度为10~50wt.%。优选地，s1所述基体溶液浓度为...wt.%。进一步地，s2所述功能单体为1,3-二氧五环(dol)、缩水甘油、环氧丙烷的一种或多种。进一步地，s3所述混合液中litfsi所占的摩尔浓度为0.5~5mol/l，(cf3so3)3al所占的摩尔浓度为0.5~3mmol/l。优选地，s3所述混合液中litfsi所占的摩尔浓度为2.0mol/l，(cf3so3)3al所占的摩尔浓度为2.0mmol/l。进一步地，s3中所述搅拌时间为3~12h，使其各成分均匀分散、反应。优选地，s3中所述搅拌时间为8h。进一步地，s3所述混合液与聚合物基体溶液的体积比为1:0.05~2。本发明在聚合物基体中加入携带锂盐的可聚合环氧树脂，可以降低聚合物基固态电解质的结晶度和玻璃化转变温度，提高锂离子在固态电解质中的传输效率。优选地，s3所述混合液与聚合物基体溶液的体积比为1:1。进一步地，s4所述前驱液采用旋涂的方法涂在锂片上，所述旋涂的转速为1800~2300r/min，旋涂的厚度为10~100μm。进一步地，s4所述干燥的温度为40~50℃，干燥时间为1~5h。优选地，s4所述干燥的温度为45℃，干燥时间为3h。进一步地，s1~s4的操作环境中的惰性气体水氧指数小于1ppm。与现有技术相比，有益效果是：本发明创造性的在固体电解质的基体中加入携带大量锂盐的可聚合的环氧单体，通过环氧单体聚合，以及与聚合物基体（聚偏氟乙烯(pvdf)、聚偏氟乙烯全氟丙烯（pvdf-hfp）或聚氧化乙烯(peo)）的均匀分散，使固体电解质具有极低的结晶度和玻璃转变温度，有利于提高分子链的运动能力，提高了锂离子在固态电解质中的传输效率。与此同时，聚合物基体为聚环氧树脂提供了机械强度的保障。本发明所制备的聚合物基固态电解质拥有超高的锂盐负载量和超低的玻璃转变温度和优异的离子电导率，轻薄且具有良好的柔韧性，装配成锂离子电池后，全固态锂离子电池的工作温度下降到50℃。具体实施方式下面结合实施例进一步解释和阐明，但具体实施例并不对本发明有任何形式的限定。若未特别指明，实施例中所用的方法和设备为本领常规方法和设备，所用原料均为常规市售原料。实施例1本实施例提供一种具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质的制备方法，制备步骤包括：s1.配置基体溶液：将聚偏氟乙烯(pvdf)溶于丙酮中，配置成10wt.%的聚偏氟乙烯(pvdf)溶液。s2.配置功能单体溶液：取一定量的二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(litfsi)溶于1,3-二氧五环(dol)单体中，配置litfsi/1,3-二氧五环(dol)溶液，另取三（三氟磺酸）铝((cf3so3)3al)溶于1,3-二氧五环(dol)单体中，配置(cf3so3)3al/1,3-二氧五环(dol)溶液。s3.配置前驱液：将s2中所述litfsi/1,3-二氧五环(dol)溶液和(cf3so3)3al/1,3-二氧五环(dol)溶液混合均匀，形成混合液，溶液中litfsi所占的摩尔浓度为0.5mol/l，(cf3so3)3al所占的摩尔浓度为0.5mmol/l，然后将混合液加入到s1所述的聚合物基体溶液中搅拌均匀制成前驱液，其中混合液与聚合物基体溶液的体积比为1:0.05。s4.制备固态电解质膜：将s3中所述前驱液利用旋涂机在2000r/min的转速下在锂片上旋涂10μm前躯液，然后将涂有前驱液的锂片在50℃下保温1h，得到具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质膜。所述操作均在惰性气体气氛中进行。实施例2本实施例提供一种具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质的制备方法，制备步骤包括：s1.配置基体溶液：将聚偏氟乙烯全氟丙烯（pvdf-hfp）溶于n,n-二甲基甲酰胺中，配置成10wt.%的聚偏氟乙烯(pvdf)溶液。s2.配置功能单体溶液：取一定量的二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(litfsi)溶于1,3-二氧五环(dol)单体中，配置litfsi/1,3-二氧五环(dol)溶液，另取三（三氟磺酸）铝((cf3so3)3al)溶于1,3-二氧五环(dol)单体中，配置(cf3so3)3al/1,3-二氧五环(dol)溶液。s3.配置前驱液：将s2中所述litfsi/1,3-二氧五环(dol)溶液和(cf3so3)3al/1,3-二氧五环(dol)溶液混合均匀，形成混合液，溶液中litfsi所占的摩尔浓度为5mol/l，(cf3so3)3al所占的摩尔浓度为3mmol/l，然后将混合液加入到s1所述的聚合物基体溶液中搅拌均匀制成前驱液，其中混合液与聚合物基体溶液的体积比为1:2。s4.制备固态电解质膜：将s3中所述前驱液利用旋涂机在2000r/min的转速下在锂片上旋涂一层前躯液，然后将涂有前驱液的锂片在40℃下保温5h，得到具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质膜。实施例3本实施例提供一种具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质的制备方法，制备步骤包括：s1.配置基体溶液：将聚氧化乙烯(peo)溶于去离子水中，配置成50wt.%的聚氧化乙烯(peo)溶液。s2.配置功能单体溶液：取一定量的二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(litfsi)溶于环氧丙烷单体中，配置litfsi/环氧丙烷溶液，另取三（三氟磺酸）铝((cf3so3)3al)溶于环氧丙烷单体中，配置(cf3so3)3al/环氧丙烷溶液。s3.配置前驱液：将s2中所述litfsi/环氧丙烷溶液和(cf3so3)3al/环氧丙烷溶液混合均匀，形成混合液，溶液中litfsi所占的摩尔浓度为5mol/l，((cf3so3)3al)所占的摩尔浓度为3mmol/l，然后将混合液加入到s1所述的聚合物基体溶液中搅拌均匀制成前驱液，其中混合液与聚合物基体溶液的体积比为1:2。s4.制备固态电解质膜：将s3中所述前驱液利用旋涂机在2000r/min的转速下在锂片上旋涂一层前躯液，然后将涂有前驱液的锂片在50℃下保温1h，得到具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质膜。实施例4本实施例提供一种具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质的制备方法，制备步骤包括：s1.配置基体溶液：将聚偏氟乙烯(pvdf)溶于丙酮中，配置成10wt.%的聚偏氟乙烯(pvdf)溶液。s2.配置功能单体溶液：取一定量的二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(litfsi)溶于1,3-二氧五环(dol)单体中，配置litfsi/1,3-二氧五环(dol)溶液，另取三（三氟磺酸）铝((cf3so3)3al)溶于1,3-二氧五环(dol)单体中，配置((cf3so3)3al)/1,3-二氧五环(dol)溶液。s3.配置前驱液：将s2中所述litfsi/1,3-二氧五环(dol)溶液和(cf3so3)3al/1,3-二氧五环(dol)溶液混合均匀，形成混合液，溶液中litfsi所占的摩尔浓度为2.0mol/l，(cf3so3)3al所占的摩尔浓度为2.0mmol/l，然后将混合液加入到s1所述的聚合物基体溶液中搅拌均匀制成前驱液，其中混合液与聚合物基体溶液的体积比为1:1。s4.制备固态电解质膜：将s3中所述前驱液利用旋涂机在2000r/min的转速下在锂片上旋涂28μm前躯液，然后将涂有前驱液的锂片在45℃下保温3h，得到具有室温高离子电导率的聚合物基固态电解质膜。对比例1本对比例与实施例4的制备工艺相同，其区别在于，本对比例直接将二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(litfsi)和三（三氟磺酸）铝((cf3so3)3al)添加至聚合物基体中，未添加环氧单体。对比例2本对比例与实施例4的制备工艺相同，其区别在于，本对比例未添加litfsi/1,3-二氧五环(dol)溶液。对比例3本对比例与实施例4的制备工艺相同，其区别在于，本对比例未添加(cf3so3)3al/1,3-二氧五环(dol)溶液。实验例1.聚合物基固态电解质性能检测根据实施例4与对比例1~3制备的聚合物基固态电解质在常温下进行锂盐负载量、机械强度、玻璃化转变温度以及离子电导率的测试，测试结果如表1所示：表1项目锂盐负载量机械强度（mpa）玻璃化转变温度（℃）离子电导率实施例420.6-407.8×10-4对比例10.50.2-239.6×10-5对比例210.4-152.2×10-4对比例350.3-365.3×10-42.锂电池性能检测将实施例4与对比例1~3制备的聚合物基固态电解质装配锂电池后，对锂电池的工作温度进行检测，检测结果如表2所示：表2项目工作温度（℃）实施例450对比例170对比例265对比例360如表1和表2所示，本发明所述方法制备的聚合物基固态电解质的机械强度和离子电导率有了明显的提高，玻璃化转变温度下降，且应用本发明制备的聚合物基固态电解质的电池工作温度下降了50℃。显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。当前第1页1 2 3