单离子复合物固态电解质及其制备与应用、锂离子电池的制作方法

：本发明涉及锂离子电池，具体涉及一种单离子复合物固态电解质及其制备与应用、锂离子电池。

背景技术

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背景技术：

1、由于锂离子电池具有高能量密度、高功率密度、长寿命等优点，目前广泛应用于动力汽车和储能领域。传统的锂离子电池主要采用有机电解液，电解液具有易泄露、易挥发和易燃的缺点。当受到外力撞击时，电解液会发生泄漏甚至发生爆炸。并且，液态电解液无法阻碍锂的枝晶生长，锂枝晶逐渐长大穿过隔膜造成正负极短路，从而造成一系列的安全问题。固态电解质具有更高的能量密度、更好的安全性能而备受关注，成为了锂离子电池研究的重要方向。

2、固态电解质根据其组成可以分为氧化物固态电解质、硫化物固态电解质、聚合物固态电解质。氧化物固态电解质的离子电导率较高，但是很脆，其与正负极接触为点接触，从而导致较大的界面阻抗，锂离子迁移受阻，限制其应用场景。硫化物固态电解质的离子电导率最高，已经超过液态电解质的水平，但是在空气中会产生有毒的硫化氢，因此成本高、生产条件严苛。聚合物固态电解质的柔性较好，可以与正负极紧密接触，在环境中较稳定，可加工性能好，可制备大尺寸电池，但是室温离子电导率较低，电化学窗口较窄，力学性能较差，限制了其应用前景。

3、另外，常规的聚合物固态电解质力学性能较差，很难凭借自身力学性能阻止锂枝晶的生长，随着充放电的进行，阴离子的积累，诱导锂枝晶生长。单离子电解质中由于负离子被固定住，只有锂离子的移动，因此大幅度提高有效电导率，抑制锂枝晶生长。与液态双离子电解质相比，由于负离子的移动速度远远大于锂离子的移动速度，而固态电解质中由于只有单离子(锂离子)移动，因此单离子电解质的离子电导率往往比常规的双离子电解质低一到两个数量级。

4、cn112952191a公开了一种高性能的单离子聚合物固态电解质的制备及其应用，具体公开了磺酸亚胺型聚合物型单离子固态电解质，但是该单离子固态电解质采用价格较为昂贵的磺酸亚胺型单体，不利于进一步的商业化生产。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、本发明所要解决的技术问题在于提供一种单离子复合物固态电解质的制备方法，通过该制备方法得到的单离子复合物固态电解质具有高的离子电导率和锂离子迁移数，适用于加工制成高性能的锂离子电池电解质膜。

2、本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

3、本发明的第一个目的是提供一种单离子复合物固态电解质的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

4、s1、将单体碳酸乙烯亚乙酯和式(i)所示的化合物在引发剂的作用下通过聚合反应得到聚合产物；

5、s2、将步骤s1得到的聚合产物与聚合物基质、锂盐溶解到有机溶剂中，得到复合物固态电解质溶液；

6、s3、向步骤s2得到的复合物固态电解质溶液中加入锂源进行锂化处理，去除有机溶剂，得到单离子复合物固态电解质；

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8、其中，r1选自氢、烷基、烯基中的一种；r2为烷基。

9、本发明的第二个目的是提供一种通过前述的制备方法得到的单离子复合物固态电解质。

10、本发明的第三个目的是提供前述的单离子复合物固态电解质在锂离子电池中的应用。

11、本发明的第四个目的是提供一种锂离子电池，包括正极、负极和固态电解质，所述固态电解质为前述的单离子复合物固态电解质。

12、本发明的有益效果是：

13、1、本发明利用碳酸乙烯亚乙酯吸电子和位阻较大的特点，针对其均聚较难的特点，引入含酰胺基团的磺酸(式i所示的化合物)，该物质不仅可以作为碳酸乙烯亚乙酯聚合反应的桥梁，制备分子量较大的固态聚合物电解质；还能够为后续锂化处理提供磺酸基。

14、2、将碳酸乙烯亚乙酯作为锂离子传输的单体被加成到聚合物中，其独特的环状醚和酮的结构可以有效溶解锂盐并定向传输锂离子，从而使聚合物具有较高的离子电导率。

15、3、相较于含酰胺基团的磺酸先锂化再与碳酸乙烯亚乙酯聚合来说，本发明先聚合再锂化而制备得到的固态电解质的离子电导率高近三倍；

16、4、与磺酸亚胺型单体相比，本发明中原料来源广泛、价格便宜，适合产业化应用。

技术特征：

1.一种单离子复合物固态电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述碳酸乙烯亚乙酯与式(i)所示的化合物的质量比为(2.5～10):1；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述聚合物基质选自聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种；

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤s2中，所述聚合产物与聚合物基质、锂盐的质量比为(1～5):(1～5):1。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、乙腈中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述锂源与式(i)所示的化合物的摩尔比为1:1。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的制备方法，其特征在于：r1选自氢、c1-c12烷基、c1-c12烯基中的一种；优选为氢、c1-c6烷基、c1-c6烯基中的一种；

8.通过权利要求1～7任一项所述的制备方法得到的单离子复合物固态电解质。

9.权利要求8所述的单离子复合物固态电解质在锂离子电池中的应用。

10.一种锂离子电池，包括正极、负极和固态电解质，其特征在于：所述固态电解质为权利要求7所述的单离子复合物固态电解质。

技术总结
本发明公开了一种单离子复合物固态电解质及其制备与应用、锂离子电池，涉及锂离子电池技术领域，所述单离子复合物固态电解质的制备方法包括以下步骤：将单体碳酸乙烯亚乙酯和式(I)所示的化合物在引发剂的作用下通过聚合反应得到聚合产物；将聚合产物与聚合物基质、锂盐溶解到有机溶剂中，得到复合物固态电解质溶液；向复合物固态电解质溶液中加入锂源进行锂化处理，去除有机溶剂，得到单离子复合物固态电解质。本发明制备的单离子复合物固态电解质具有高的离子电导率和锂离子迁移数，适用于加工制成高性能的锂离子电池电解质膜。

技术研发人员：李恒,蒋学鑫
受保护的技术使用者：安徽壹石通材料科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12