一种制备高性能固态聚合物电解质的简易方法与流程

本发明涉及一种制备高性能固态聚合物电解质的简易方法，具体属于锂离子储能电池中电解质材料技术领域。

背景技术：

锂离子电池电解质是连接电池正负极之间的桥梁，起着传输锂离子的作用。除电极材料的因素外，电解质的材料性质影响着锂离子电池的性能，如比能量、安全性能、循环性能、倍率充放电性能及造价等。由于锂离子电池液态电解质的易燃性，着火点低，容易发生泄露，甚至爆炸等安全性问题，严重限制了电池的发展。

1973年聚合物电解质的概念首次提出，并在二十年之后，由sony公司第一次应用于商业化锂离子电池。此后，聚合物电解质经过了几个阶段的发展，从无溶剂聚合物电解质到加入增塑系统即向无溶剂的聚合物电解质加入少量液体电解质，再到凝胶聚合物电解质，橡胶状的聚合物电解质以及复合电解质，包括加入陶瓷纳米粒子的复合电解质等。全固态聚合物电解质由于不包含可燃性的液态溶剂，所以避免了电池泄露的风险。具有优异的安全性能。另外，聚合物电解质具有很好的柔性，机械性稳定。同时聚合物电解质也具有质量轻、粘弹性好，易成膜等优点，使其具有广泛的应用前景。随着电极材料的不断进步，聚合物电解质已经成为决定固态聚合物锂离子电池性能的关键材料。

但是由于全固态聚合物电解质的基体是固态的聚合物，一定程度上限制了离子的迁移，造成了其室温电导率较低，这将会限制全固态锂离子电池的充放电比容量，因此，提高固态聚合物电解质的离子电导率，制备一种电导率高，安全稳定，超薄柔性的固态聚合物电解质是本发明需要解决的主要问题。

本发明以2，2-双（4-环氧丙氧基苯基）丙烷(bpade)和聚胺醚（ed-2003）为原料，通过简单的热交联方法获得全固态聚合物电解质膜，聚醚胺赋予电解质传输离子的性能，2，2-双（4-环氧丙氧基苯基）丙烷确保电解质较好的机械性能。通过简单、易工业化大规模生产的工艺，获得电化学性能好、独立成膜性能优良的全固态聚合物电解质膜。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种交联聚合物电解质简易的制备方法，本发明一种制备高性能固态聚合物电解质的简易方法如下：

步骤1：按比例将2，2-双（4-环氧丙氧基苯基）丙烷(bpade)、聚胺醚（ed-2003）、双三氟甲烷磺酰亚胺锂（litfsi）混合均匀后溶解到乙腈溶剂中，然后放在智能恒温定时磁力搅拌器上搅拌3h，使其溶解完全，得到透明的混合液；

所述的2，2-双（4-环氧丙氧基苯基）丙烷、聚醚二胺、双三氟甲烷磺酰亚胺锂的摩尔比为：1～3∶1∶1.6～4.8；

步骤2：借助一次性橡胶滴管，将上述混合液滴在聚四氟乙烯模具上，在常温下待其中的溶剂挥发至混合液呈溶胶状态为止，其后再在80~120℃下加热固化，得到固态聚合物电解质。

本发明的有益效果：本发明方法操作简单，反应条件容易控制，易工业化大规模生产，制备的聚合物电解质独立成模性优良、离子电导率高、电化学性能好，可用于电锂电池体系中。当bpade与ed2003两种反应物的摩尔比为2:1，氧锂比为16时，固态聚合物电解质温电导率值为7.48×10^-5s·cm^-1，在95℃下可达1.33×10^-3s·cm^-1。本发明固态聚合物电解质具有良好柔韧性，使用安全稳定，应用前景好。

本发明反应历程：

附图说明

图1为本发明实施例1中制备的聚合物电解质薄膜的红外谱图;

图2为本发明实施例1中制备的聚合物电解质薄膜的xrd图;

图3为本发明实施例1中制备的聚合物电解质薄膜的tga图;

图4为本发明实施例1中制备的聚合物电解质薄膜的dsc图;

图5为本发明实施例2~4中不同交联组分的聚合物电解质薄膜的电导率随着温度的变化情况图;

图6为本发明3、5、6中bpade：ed-2003：litfsi的摩尔比分别为2：1：4.8；2：1：2.4；2：1：1.6的电解质薄膜电导率随着温度的变化情况图。

具体实施方式

为了进一步理解专利结合实施案例对本专利优选方案进行描述，与此同时应注意的是，此处的描述只是为了进一步说明别发明的内容而不是对本发明专利的限制。

实施例1

在5毫升玻璃瓶上称取0.0851g的2,2-双（4-环氧丙氧基苯基）丙烷(bpade)和0.25g聚胺醚（ed-2003），加入适量无水乙腈溶剂。然后把混合物放在智能恒温定时磁力搅拌器上搅拌3h使其溶解完全。用一次性橡胶滴管把搅拌得到的透明混合液滴在聚四氟乙烯模具上。在常温下挥发溶剂24h（以得到的液体变为溶胶状态为止）。最后把它放入到真空干燥箱中，以100℃加热7h，得到无色透明薄膜。

实施例2

在5毫升玻璃瓶上称取0.0426g的2，2-双（4-环氧丙氧基苯基）丙烷、0.25g聚胺醚（ed-2003）和0.1749g双三氟甲烷磺酰亚胺锂（litfsi），溶解到乙腈溶液中，然后把样品放在智能恒温定时磁力搅拌器上搅拌3h使其溶解完全。用一次性橡胶滴管把搅拌得到的透明混合滴在聚四氟乙烯模具上。在室温下展开，挥发溶剂24h，使得液体变为溶胶状态为止，最后在100℃下加热固化7小时，得无色透明聚合物薄膜。

实施例3

在5毫升玻璃瓶上称取0.0851g的2，2-双（4-环氧丙氧基苯基）丙烷、0.25g聚胺醚（ed-2003）和0.1749g双三氟甲烷磺酰亚胺锂（litfsi），溶解到乙腈溶液中，然后把样品放在智能恒温定时磁力搅拌器上搅拌3h使其溶解完全。用一次性橡胶滴管把搅拌得到的透明混合滴在聚四氟乙烯模具上。在室温下展开，挥发溶剂24h，使得液体变为溶胶状态为止，最后在100℃下加热固化7小时，得无色透明聚合物薄膜。

实施例4

在5毫升玻璃瓶上称取0.1277g的2，2-双（4-环氧丙氧基苯基）丙烷、0.25g聚胺醚（ed-2003）和0.1749g双三氟甲烷磺酰亚胺锂（litfsi），溶解到乙腈溶液中，然后把样品放在智能恒温定时磁力搅拌器上搅拌3h使其溶解完全。用一次性橡胶滴管把搅拌得到的透明混合滴在聚四氟乙烯模具上。在室温下展开，挥发溶剂24h，使得液体变为溶胶状态为止，最后在100℃下加热固化7小时，得无色透明聚合物薄膜。

实施例5

在5毫升玻璃瓶上称取0.0851g的2，2-双（4-环氧丙氧基苯基）丙烷、0.25g聚胺醚（ed-2003）和0.0875g双三氟甲烷磺酰亚胺锂（litfsi），溶解到乙腈溶液中，然后把样品放在智能恒温定时磁力搅拌器上搅拌3h使其溶解完全。用一次性橡胶滴管把搅拌得到的透明混合滴在聚四氟乙烯模具上。在室温下展开，挥发溶剂24h，使得液体变为溶胶状态为止，最后在100℃下加热固化7小时，得无色透明聚合物薄膜。

实施例6

在5毫升玻璃瓶上称取0.0851g的2，2-双（4-环氧丙氧基苯基）丙烷、0.25g聚胺醚（ed-2003）和0.0583g双三氟甲烷磺酰亚胺锂（litfsi），溶解到乙腈溶液中，然后把样品放在智能恒温定时磁力搅拌器上搅拌3h使其溶解完全。用一次性橡胶滴管把搅拌得到的透明混合滴在聚四氟乙烯模具上。在室温下展开，挥发溶剂24h，使得液体变为溶胶状态为止，最后在100℃下加热固化7小时，得无色透明聚合物薄膜。