聚合物电解质及其制备方法、电池与流程

本技术涉及电池，尤其涉及一种聚合物电解质及其制备方法、电池。

背景技术：

1、锂离子电池由于比能量高、循环寿命长、环境友好等优点，在便携式电子设备、电动车辆和储能等领域得到了广泛应用。随着锂离子电池应用领域的不断拓宽，电池除了应具备高的比能量外，更应注重其安全性能。然而，传统碳酸酯电解液存在泄漏和易燃性等安全问题，同时电解液中含有的碳酸乙烯酯在低温下粘度显著增大且电导率迅速下降,造成离子传输受阻，致使低温下锂离子脱溶动力学缓慢,这些因素限制了传统有机液体电解液在锂离子电池的应用。因此，固态电解质由于具有高热稳定性和零泄漏特性备受关注。

2、固态电解质主要包括陶瓷氧化物体系、硫化物体系、聚合物体系等，其中聚合物固体电解质因其良好的加工性、浸润性等特点被认为具有广阔的应用前景。通常，理想的聚合物电解质应具备高的离子电导率和优异的锂离子传输动力性能、良好的化学惰性、稳定的机械强度以及宽的电化学窗口。但聚合物电解质的电导率低，离子传输动力学缓慢，机械强度差，极大地限制了聚合物电解液的发展。

3、因此，目前的聚合物电解质机械强度差，有待进一步改善。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术提供一种聚合物电解质及其制备方法、电池，旨在提高聚合物电解质机械强度。

2、本技术是这样实现的，一种聚合物电解质，包括：共晶溶剂、锂盐、交联聚合物和引发剂分解产物，所述共晶溶剂包括尿素衍生物、尿嘧啶衍生物中的一种或几种，其中，所述尿素衍生物为尿素的至少一个h被第一含氮基团或第一含碳基团取代的化合物，所述尿嘧啶衍生物为尿嘧啶的至少一个h被第二含氮基团或第二含碳基团取代的化合物。

3、可选地，在本技术的一些实施例中，所述第一含氮基团包括-nch3ch3；和/或

4、所述第一含碳基团包括-ch3、-ch2ch3、-ch2chch2、-ch2oh、-ch2c4h3o中的一种或几种；和/或

5、所述第二含氮基团包括-nh2；和/或

6、所述第二含碳基团包括-ch3、-ch2oh中的一种或几种。

7、可选地，在本技术的一些实施例中，所述尿素衍生物包括n-甲基脲、1,1-二甲基氨基脲、1,3-二乙基脲、1,3-二烯丙基脲、1,3-双(羟甲基)脲、呋喃-2-基甲基脲中的一种或几种；和/或

8、所述尿嘧啶衍生物包括5,6-二氨基-1,3-二甲基脲嘧啶、5-(羟甲基)脲嘧啶中的一种或几种；和/或

9、所述共晶溶剂、所述锂盐、所述交联聚合物和所述引发剂分解产物的质量比为(30～50)：(10～30)：(10～30)：(0.2～0.5)。

10、可选地，在本技术的一些实施例中，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、双二氟磺酰亚胺锂、二氟磷酸锂、二氟草酸磷酸锂、硝酸锂中的一种或几种；和/或

11、所述交联聚合物的单体包括聚乙二醇二丙烯酸酯，二甲基丙烯酸1,6-己二醇酯、碳酸亚乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种；和/或

12、所述引发剂分解产物包括·cn自由基、·ch(ch3)2自由基、苯甲酰氧基自由基、苯基自由基中的一种或几种。

13、可选地，在本技术的一些实施例中，所述聚合物电解质中还包括引发剂分解产物；和/或

14、所述聚合物电解质中还包括稀释剂。

15、可选地，在本技术的一些实施例中，所述稀释剂包括1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、双(2,2,2-三氟乙基)醚、氟苯、碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一种或几种；和/或

16、所述稀释剂与所述共晶溶剂的质量比为(20～40)：(10～30)。

17、相应地，本技术实施例还提供一种聚合物电解质的制备方法，包括：

18、提供共晶溶剂，所述共晶溶剂包括尿素衍生物、尿嘧啶衍生物中的一种或几种，其中，所述尿素衍生物为尿素的至少一个h被第一含氮基团或第一含碳基团取代的化合物，所述尿嘧啶衍生物为尿嘧啶的至少一个h被第二含氮基团或第二含碳基团取代的化合物；

19、将所述共晶溶剂和锂盐、交联聚合物单体、引发剂混合，加热，得到聚合物电解质。

20、可选地，在本技术的一些实施例中，所述第一含氮基团包括-nch3ch3；和/或

21、所述第一含碳基团包括-ch3、-ch2ch3、-ch2chch2、-ch2oh、-ch2c4h3o中的一种或几种；和/或

22、所述第二含氮基团包括-nh2；和/或

23、所述第二含碳基团包括-ch3、-ch2oh中的一种或几种。

24、可选地，在本技术的一些实施例中，所述尿素衍生物包括n-甲基脲、1,1-二甲基氨基脲、1,3-二乙基脲、1,3-二烯丙基脲、1,3-双(羟甲基)脲、呋喃-2-基甲基脲中的一种或几种；和/或

25、所述尿嘧啶衍生物包括5,6-二氨基-1,3-二甲基脲嘧啶、5-(羟甲基)脲嘧啶中的一种或几种；和/或

26、所述共晶溶剂、所述锂盐、所述交联聚合物单体和所述引发剂的质量比为(30～50)：(10～30)：(10～30)：(0.2～0.5)；和/或

27、所述交联聚合物单体包括聚乙二醇二丙烯酸酯，二甲基丙烯酸1,6-己二醇酯、碳酸亚乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种；和/或

28、所述引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酰中的一种或几种。

29、可选地，在本技术的一些实施例中，所述共晶溶剂和锂盐、交联聚合物单体、引发剂混合包括：将所述共晶溶剂和所述锂盐混合，升温至温度t1，持续一段时间t1，降温至温度t2，再加入所述交联聚合物单体和引发剂混合，持续一段时间t2。

30、可选地，在本技术的一些实施例中，所述t1为50℃～70℃；和/或

31、所述t1为0.5h～1h；和/或

32、所述t2为20℃～40℃；和/或

33、所述t2为5min～30min。

34、可选地，在本技术的一些实施例中，所述聚合物电解质的制备方法还包括：提供稀释剂，与所述共晶溶剂和锂盐、交联聚合物单体、引发剂混合；其中所述稀释剂与所述共晶溶剂的质量比为(20～40)：(10～30)。

35、可选地，在本技术的一些实施例中，所述加热的温度为50℃～65℃；和/或

36、所述加热的时间为2h～12h。

37、相应地，本技术实施例还提供一种电池，包括正极和负极，还包括上述聚合物电解质，或者，还包括上述的制备方法制得的聚合物电解质。

38、本技术提供的聚合物电解质，共晶溶剂包括尿素衍生物、尿嘧啶衍生物中的一种或几种，尿嘧啶衍生物和尿素衍生物中的脲基与锂盐中的阴离子之间存在强分子间相互作用，可降低结晶度并增加自由体积，并且尿嘧啶衍生物和尿素衍生物分子参与了锂离子的溶剂化，增强了聚合物电解质的离子电导率。共晶溶剂还与交联聚合物之间存在络合作用和分子间的配位作用，有效提高了聚合物电解质的机械强度以及电压窗口。