复合固态聚合物电解质及其制备方法和锂离子电池与流程

本发明涉及锂离子电池，具体地，涉及一种复合固态聚合物电解质及其制备方法和锂离子电池。

背景技术：

1、随着清洁能源市场和电子经济的快速发展，对电化学储能装置的要求越来越高。相比于传统的可充电二次电池，锂离子电池因其具有高的能量密度、优异的循环稳定性以及无记忆效应等优点，被广泛的应用于便携式电子设备、新能源汽车和电网储能系统中。但同时，由于锂离子电池的安全性能的不足，为广大消费者带来了安全隐患，限制了锂离子电池的大规模应用。因此，开发高安全性能的锂离子电池势在必行。

2、由于固态电解质具有无毒、无泄漏、不易燃等特点，因此用固态电解质代替液态电解质为解决安全问题提供了一个有效的解决方案。固态电解质主要包括无机陶瓷类电解质、有机聚合物类电解质和有机无机复合类固态电解质，均可以减少锂离子电池短路和热失控的可能性。

3、其中，固态聚合物电解质具有易加工、高柔韧性、低成本、低界面电阻和轻量化等优点，为下一代锂离子电池提供了广阔的前景。然而，固态聚合物电解质通常表现出低离子电导率以及略弱的韧性和界面接触性能。因此本专利设计了一种复合固态聚合物电解质，改善固态聚合物电解质的离子电导率和界面接触性能以及机械性能。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种复合固态聚合物电解质及其制备方法和锂离子电池。

2、本发明公开的一种复合固态聚合物电解质，包括聚丙烯腈-聚丙烯磺酸锂、聚多巴胺和双三氟甲基磺酰亚胺锂。

3、根据本发明的一实施方式，聚丙烯腈-聚丙烯磺酸锂、聚多巴胺与双三氟甲基磺酰亚胺锂的质量比为(10～100)：1：(1～10)。

4、根据本发明的一实施方式，聚丙烯腈-聚丙烯磺酸锂的结构式为式中的a和b均为大于或等于2的正整数。

5、根据本发明的一实施方式，聚多巴胺的结构式为式中的n为大于或等于2的正整数。

6、本发明公开的一种根据上述的复合固态聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：

7、将聚丙烯腈-聚丙烯磺酸锂和聚多巴胺加入到n,n-二甲基甲酰胺中，搅拌溶解，得到电解质混合溶液；

8、将双三氟甲基磺酰亚胺锂加入到电解质混合溶液中，加热并搅拌均匀，得到电解质混合浆料；

9、将电解质混合浆料均匀涂布于载体上，干燥后，得到复合固态聚合物电解质。

10、根据本发明的一实施方式，聚丙烯腈-聚丙烯磺酸锂的制备包括以下步骤：

11、将丙烯磺酸加入到去离子水中，搅拌溶解，得到丙烯磺酸水溶液；在冰浴条件下，将氢氧化锂水溶液加入到丙烯磺酸水溶液中，搅拌，得到混合液；其中，丙烯磺酸、去离子水、氢氧化锂水溶液的料液比为(5～50)g：(100～1000)ml：(0.5～10)g；

12、往混合液中加入稀盐酸，待有固体析出后停止加入到稀盐酸，继续搅拌，然后过滤得到固体物，将固体物进行干燥，得到丙烯磺酸锂；

13、将丙烯腈、丙烯磺酸锂和偶氮二异丁腈加入到二甲基亚砜中，搅拌，得到粗产物；其中，丙烯腈、丙烯磺酸锂、偶氮二异丁腈与二甲基亚砜的料液比为(1～10)g：(1～2)g：(0.1～1)g：(50～1000)ml；

14、将粗产物在去离子水中沉淀，洗涤后，得到聚丙烯腈-聚丙烯磺酸锂。

15、根据本发明的一实施方式，聚多巴胺的制备包括以下步骤：

16、将多巴胺与三羟甲基氨基甲烷盐酸盐混合，在遮光条件下进行搅拌，得到聚多巴胺；其中，多巴胺与三羟甲基氨基甲烷盐酸盐的质量比为(5～50)：(1～10)，聚多巴胺的浓度为0.1～5mol/l。

17、根据本发明的一实施方式，聚丙烯腈-聚丙烯磺酸锂和聚多巴胺按加入到n,n-二甲基甲酰胺后，在50～120℃下搅拌8～24h。

18、根据本发明的一实施方式，混合浆料均匀涂布于载体后，在40～90℃下干燥12～36h。

19、本发明公开的一种锂离子电池，包括如上述的复合固态聚合物电解质。

20、与现有技术相比，本发明的一种复合固态聚合物电解质及其制备方法和锂离子电池具有以下优点：

21、本发明的复合固态聚合物电解质，其聚合物主链包含锂化物，而且能有效地降低成膜结晶度，改善分子链段运动，进而提高锂离子的传输能力和离子电导率；同时，该复合固态聚合物电解质中的聚合物主链增强了材料韧性和黏附能力，可改善体系强度、电化学动力学，使得锂离子电池的容量保持率和稳定性得到提高；另外，该复合固态聚合物电解质包含聚多巴胺，其具有优异的附着力和成膜能力，改善进一步改善界面接触性能。

22、本发明的复合固态聚合物电解质的制备方法，其工艺简单、成本较低，有效改善了复合固态聚合物电解质的稳定性和电性能问题，从而提高锂离子电池的寿命。

技术特征：

1.一种复合固态聚合物电解质，其特征在于，包括聚丙烯腈-聚丙烯磺酸锂、聚多巴胺和双三氟甲基磺酰亚胺锂。

2.根据权利要求1所述的复合固态聚合物电解质，其特征在于，所述聚丙烯腈-聚丙烯磺酸锂、聚多巴胺与双三氟甲基磺酰亚胺锂的质量比为(10～100)：1：(1～10)。

3.根据权利要求1所述的复合固态聚合物电解质，其特征在于，所述聚丙烯腈-聚丙烯磺酸锂的结构式为式中的a和b均为大于或等于2的正整数。

4.根据权利要求1所述的复合固态聚合物电解质，其特征在于，所述聚多巴胺的结构式为式中的n为大于或等于2的正整数。

5.一种根据权利要求1至4任一所述的复合固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的复合固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯腈-聚丙烯磺酸锂的制备包括以下步骤：

7.根据权利要求5所述的复合固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于，所述聚多巴胺的制备包括以下步骤：

8.根据权利要求5所述的复合固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯腈-聚丙烯磺酸锂和聚多巴胺按加入到n,n-二甲基甲酰胺后，在50～120℃下搅拌8～24h。

9.根据权利要求5所述的复合固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于，所述混合浆料均匀涂布于载体后，在40～90℃下干燥12～36h。

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括如权利要求1至4任一所述的复合固态聚合物电解质。

技术总结
本发明揭示一种复合固态聚合物电解质及其制备方法和锂离子电池，涉及锂离子电池技术领域。该复合固态聚合物电解质包括聚丙烯腈‑聚丙烯磺酸锂、聚多巴胺和双三氟甲基磺酰亚胺锂。该复合固态聚合物电解质中的聚合物主链包含锂化物，而且能有效地降低成膜结晶度，改善分子链段运动，进而提高锂离子的传输能力和离子电导率；同时，该复合固态聚合物电解质中的聚合物主链增强了材料韧性和黏附能力，可改善体系强度、电化学动力学，使得锂离子电池的容量保持率和稳定性得到提高；另外，该复合固态聚合物电解质包含聚多巴胺，其具有优异的附着力和成膜能力，改善进一步改善界面接触性能。

技术研发人员：贾瑞鑫,杨志武,马斌,吴声本,陈杰,郑明清,项海标
受保护的技术使用者：浙江锂威能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13