一种聚合物电解质膜及其制备方法和锂离子电池与流程

本发明涉及聚合物电解质，尤其是涉及一种聚合物电解质膜及其制备方法和锂离子电池。

背景技术：

1、锂离子电池(libs)是一种高密度的储能源，在电力和车辆电场中得到了广泛的应用。锂离子电池中使用的商用液体电解质通常是将锂盐溶解到碳酸盐溶剂中以获得高离子导电性，但是由于非水溶剂的低闪点而容易导致泄漏和燃烧等安全问题。固态电解质由于特有的物理性能可以避免这些问题。

2、固态电解质根据组分组成可分为无机固态电解质(ise)、固态聚合物电解质(spe)和无机填料复合固态聚合电解质。与无机固体电解质相比，固态聚合物电解质在形状和包装设计上更灵活。然而，固态聚合物电解质在室温下的离子电导率太低(10-7～10-6s/cm)，无法满足实际使用要求。固态聚合物电解质主要基于锂盐和大分子的复合物，它们通常是双离子导体，阴离子和阳离子同时迁移，锂离子迁移数通常在0.3左右，由于阴离子在阳极表面的沉积和副反应，导致浓度梯度和电池极化。因此，单离子导体引起了人们的广泛关注。

3、单离子导电固态聚合物电解质(sipes)是以锂离子为主要传导离子的电解质，其中阴离子固定在聚合物骨架上，锂离子与阴离子相关，锂离子是通过电解质传导的唯一电荷载体，消除了与电极界面处的阴离子极化，单离子导体的性能甚至比双离子导电电解质的离子导电性小十倍，但是相比于传统的有机液态电解质，其室温离子电导率仍然较低，与正负极接触界面的阻抗高，阻碍了其在锂离子电池中的应用。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种聚合物电解质膜，该聚合物电解质膜是基于特定结构单离子聚合物的复合聚合物电解质膜，具有优异的li+的迁移能力、离子电导率和成膜性能。

2、本发明的第二目的在于提供一种上述聚合物电解质膜的制备方法，该方法过程简单。

3、本发明的第三目的在于提供一种锂离子电池，采用如上所述的聚合物电解质膜，降低了电池极化，提高了电池的循环和稳定性。

4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

5、本发明提供了一种聚合物电解质膜，主要由聚偏氟乙烯六氟丙烯和单离子聚合物制得，所述单离子聚合物具有如下所示的结构通式；

6、式中，x和y的比值为1：(0.25～0.5)。

7、进一步地，所述聚偏氟乙烯六氟丙烯和所述单离子聚合物的质量比为1：(0.5～2)。

8、本发明还提供了如上所述的聚合物电解质膜的制备方法，包括如下步骤：

9、s1、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和锂盐于有机溶剂中进行锂化反应后得到含有2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂的溶液；

10、s2、所述含有2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂的溶液、丙烯腈和引发剂反应后得到反应液，所述反应液与析出溶剂混合后得到聚合物沉淀，所述聚合物沉淀经纯化和干燥后得到单离子聚合物；

11、s3、聚偏氟乙烯六氟丙烯、所述单离子聚合物和有机溶剂的混合液浇注在基材上，干燥后得到所述聚合物电解质膜。

12、进一步地，步骤s1中，所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和所述锂盐的摩尔比为2：(1～1.5)。

13、优选地，步骤s1中，所述锂盐包括碳酸锂。

14、进一步地，步骤s2中，所述丙烯腈和所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂的摩尔比为1：(2～4)。

15、进一步地，步骤s2中，所述引发剂与所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的摩尔比为(0.005～0.015)：1。

16、进一步地，步骤s2中，所述反应的温度为55～65℃，所述反应的时间为10～15h。

17、进一步地，步骤s2中，所述引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯和过氧化二酰中的至少一种。

18、优选地，步骤s2中，所述析出溶剂包括冰乙醚。

19、进一步地，步骤s3中，所述混合液中，所述聚偏氟乙烯六氟丙烯的质量百分数为10％～20％。

20、本发明还提供了一种锂离子电池，包括如上所述的聚合物电解质膜。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

22、本发明提供的聚合物电解质膜是基于特定结构单离子聚合物的复合聚合物电解质膜，通过对单离子聚合物的结构进行设计和优化，在单离子聚合物结构中引入腈键；并在聚合物电解质膜中添加聚合物基质聚偏氟乙烯六氟丙烯，提高了聚合物电解质膜的li+的迁移能力和成膜性能，具有优异的离子电导率，其离子电导率＞1.0×10-4s/cm-1。

23、本发明的聚合物电解质膜将阴离子固定在聚合物主链上，使锂离子的迁移更加容易，提高离子电导率；将其用于离子电池中，可以降低电池极化，提高电池循环和稳定性。

技术特征：

1.一种聚合物电解质膜，其特征在于，主要由聚偏氟乙烯六氟丙烯和单离子聚合物制得，所述单离子聚合物具有如下所示的结构通式；

2.根据权利要求1所述的聚合物电解质膜，其特征在于，所述聚偏氟乙烯六氟丙烯和所述单离子聚合物的质量比为1：(0.5～2)。

3.根据权利要求1或2所述的聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和所述锂盐的摩尔比为2：(1～1.5)；

5.根据权利要求3所述的聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述丙烯腈和所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂的摩尔比为1：(2～4)。

6.根据权利要求3所述的聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述引发剂与所述2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的摩尔比为(0.005～0.015)：1。

7.根据权利要求3所述的聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述反应的温度为55～65℃，所述反应的时间为10～15h。

8.根据权利要求3所述的聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸二甲酯和过氧化二酰中的至少一种；

9.根据权利要求3所述的聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述混合液中，所述聚偏氟乙烯六氟丙烯的质量百分数为10％～20％。

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1或2所述的聚合物电解质膜。

技术总结
本发明涉及聚合物电解质技术领域，尤其是涉及一种聚合物电解质膜及其制备方法和锂离子电池。本发明的聚合物电解质膜，主要由聚偏氟乙烯六氟丙烯和单离子聚合物制得，所述单离子聚合物具有如下所示的结构通式；式中，x和y的比值为1：(0.25～0.5)。本发明提供了一种基于特定结构单离子聚合物的复合聚合物电解质膜，通过在单离子聚合物结构中引入腈键，并添加聚偏氟乙烯六氟丙烯聚合物基质，提高了Li<supgt;+</supgt;的迁移能力和成膜性能，该聚合物电解质膜具有优异的离子电导率。

技术研发人员：刘旭华
受保护的技术使用者：蜂巢能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12