一种固态聚合物电解质及其制备方法和锂离子固态电池与流程

本发明涉及固态电解质，具体涉及一种固态聚合物电解质及其制备方法和锂离子固态电池。

背景技术：

1、锂离子电池是一种高效、高能量密度、无记忆效应、循环寿命长的储能系统，目前已经逐渐成为众多领域的主流储能系统。传统的锂离子电池为液态锂离子电池(电解质为液态，即电解液)，锂离子通过电解液在电池的正、负极之间穿梭来达到充放电功能，但电解液中的有机溶剂熔点低，易泄漏、易燃烧，存在较大的安全隐患。因此固态电解质越来越受到学者的关注，固态聚合物电解质是固态电解质中的一种，其具有高的安全性和能量密度，但其固-固界面导致了较低的离子传导性。

技术实现思路

1、鉴于以上现有技术的缺点，本发明提供一种固态聚合物电解质及其制备方法和锂离子固态电池，以改善固态电解质离子电导率低的问题。

2、为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种固态聚合物电解质，所述固态聚合物电解质的结构通式为：

3、

4、其中，式中的m＝1至9，n＝1或2，r为烷烃基。

5、本发明还提供一种固态聚合物的制备方法，其包括以下步骤：

6、称取甲基氢醌和4,4'-二氟二苯甲酮溶于第一溶剂中，使其在碱性环境下反应，制得含甲基的聚醚醚酮；

7、将所述含甲基的聚醚醚酮溶于第二溶剂中，加入n-溴代琥珀酰亚胺和过氧化二苯甲酰进行反应，制得溴化聚醚醚酮；

8、称取所述溴化聚醚醚酮与溴烷基胺氢溴酸盐并溶于第三溶剂中，在无水、无氧的环境下反应，制得含有长侧链的聚醚醚酮；

9、称取烷代甲基咪唑和磺酸内酯溶于第四溶剂中，加入氢化钠，在氮气保护下进行加热反应，待反应结束后，将反应产物浸泡在含锂离子的碱性溶液中，进行离子置换，制得含有磺酸根的咪唑盐；

10、将所述含有磺酸根的咪唑盐与所述含有长侧链的聚醚醚酮溶于有机溶剂中，在无水、无氧环境下加热搅拌反应，并加入锂盐形成混合溶液，将所述混合溶液倒入模具中干燥，制得固态聚合物电解质。

11、在本发明一示例中，称取甲基氢醌和4,4'-二氟二苯甲酮溶于第一溶剂中，使其在碱性环境下反应，制得含甲基的聚醚醚酮的步骤包括：

12、按1：1的摩尔比称取甲基氢醌和4,4'-二氟二苯甲酮，并溶于第一溶剂中制得第一溶液；

13、向所述第一溶液中加入k2co3使所述第一溶液呈碱性，同时加入甲苯作为带水剂，升温至140℃持续搅拌反应4h去除所述第一溶液中的水分；

14、将温度进一步提升至170℃，继续反应8h，反应结束后，收集反应产物，经洗涤、干燥后得到含甲基的聚醚醚酮。

15、在本发明一示例中，所述含甲基的聚醚醚酮的结构简式如下所示：

16、

17、在本发明一示例中，所述溴化聚醚醚酮的结构简式如下所示：

18、

19、在本发明一示例中，所述含有长侧链的聚醚醚酮的结构简式如下所示：

20、式中m＝1～9。

21、在本发明一示例中，所述含有磺酸根的咪唑盐的结构简式如下所示：

22、式中，n＝1或者2，，r为烷烃基。

23、在本发明一示例中，所述锂盐包括六氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂和三氟甲磺酸锂中的一种或多种。

24、在本发明一示例中，所述溴烷基胺氢溴酸盐选自3-溴丙胺氢溴酸盐、2-溴乙胺氢溴酸盐、4-溴丁胺氢溴酸盐中的任意一种；和/或，所述磺酸内酯选自1,3丙烷磺内酯或1,4丁烷磺内酯。

25、本发明还提供一种锂离子固态电池，该电池包括正极极片、负极极片及上述的固态聚合物电解质或采用上述制备方法制备的固态聚合物电解质。

26、本发明通过制备高稳定性的长侧链型溴化聚醚醚酮和含咪唑的两性离子液体，并将含咪唑的两性离子液体修饰至溴化聚醚醚酮的侧链上，制备出含有两性离子交换基团的固态聚合物电解质。固态聚合物电解质具有良好的机械性能和化学稳定性，且其中的磺酸根基团提供了良好的离子电导率，咪唑阳离子可以吸附锂盐中的负离子，更有利于锂离子的迁移。

技术特征：

1.一种固态聚合物电解质，其特征在于，所述固态聚合物电解质的结构通式为：

2.一种权利要求1所述的固态聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，称取甲基氢醌和4,4'-二氟二苯甲酮溶于第一溶剂中，使其在碱性环境下反应，制得含甲基的聚醚醚酮的步骤包括：

4.根据权利要求2或3所述的制备方法，所述含甲基的聚醚醚酮的结构简式如下所示：

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述溴化聚醚醚酮的结构简式如下所示：

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述含有长侧链的聚醚醚酮的结构简式如下所示：

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述含有磺酸根的咪唑盐的结构简式如下所示：

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂和三氟甲磺酸锂中的一种或多种。

9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述溴烷基胺氢溴酸盐选自3-溴丙胺氢溴酸盐、2-溴乙胺氢溴酸盐、4-溴丁胺氢溴酸盐中的任意一种；

10.一种锂离子固态电池，其特征在于，包括正极极片、负极极片和权利要求1所述的固态聚合物电解质，或采用权利要求2至9任一所述的制备方法制备的固态聚合物电解质。

技术总结
本发明提供一种固态聚合物电解质及其制备方法和锂离子固态电池，具体涉及固态电解质技术领域。本发明设计并制备高稳定性的长侧链型溴化聚醚醚酮和含咪唑的两性离子液体，并将含咪唑的两性离子液体修饰至溴化聚醚醚酮的长侧链上，获得含有两性离子交换基团的固态聚合物电解质。所述固态聚合物电解质不仅具有良好的机械性能和化学稳定性，还具有良好的离子电导率和较宽的电化学窗口。

技术研发人员：黄秋,龚志杰,金光日
受保护的技术使用者：远景动力技术（江苏）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15