一种凝胶聚合物电解质及其制备方法和固态锂电池与流程

本发明属于锂电池，尤其是涉及一种凝胶聚合物电解质及其制备方法和固态锂电池。

背景技术：

1、锂金属负极具有超高的比容量，被认为是高能量密度锂离子电池负极材料的最终选择，但其在循环过程中极易形成枝晶，持续生长的锂枝晶会穿透隔膜导致电池短路，存在一定的安全隐患，故以固态电解质替代传统的电解液和隔膜的固态锂电池是很有潜力的开发方向。

2、凝胶聚合物电解质是一种基于聚合物电解质与液体电解质的混合物，其具有较高可加工性及产线兼容性，界面相容性高，且安全性较好，被认为是高压锂电池中最有希望实现高比能密度。但是现有的凝胶聚合物电解质制备过程复杂，生产成本较高，同时，凝胶聚合物电解质的机械性能较差，在工作过程中还是存在枝晶穿透，导致最终的固态锂电池性能不够稳定，故还存在改进空间。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种凝胶聚合物电解质及其制备方法和固态锂电池，凝胶聚合物电解质具有高离子电导率和良好机械性能，能够抑制锂枝晶生长，提高固态锂电池的稳定性。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种凝胶聚合物电解质的制备方法，包括如下步骤：

3、s1、将聚合物加入到有机溶剂中，加热并搅拌得到混合液；

4、s2、将混合液滴加到基材上，通过刮涂器刮涂成膜，得到带膜基材；

5、s3、将带膜基材放入到溶液中浸泡一定时间；

6、s4、浸泡完成后取出带膜基材，干燥后得到多孔聚合物膜；

7、s5、裁剪多孔聚合物膜得到聚合物基体；

8、s6、在惰性气氛下将包含反应型小分子交联剂、非反应型液态电解质和引发剂混合的前驱液注入到聚合物基体中，原位聚合反应后得到凝胶聚合物电解质。

9、作为优选，所述步骤s1中的聚合物为聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或者至少两种混合；有机溶剂为dmf、dmso、nmp、丙酮、乙腈、甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或者至少两种混合；所述步骤s1中的加热温度为50℃～80℃，搅拌转速为100rmp～600rmp，搅拌时间为4h～8h。

10、作为优选，在所述步骤s1中，有机溶剂中还添加有填料，填料为mgo、tio2、sio2、zro2、al2o3、latp、lagp、llzo、llzto中的一种或者至少两种混合。

11、作为优选，所述步骤s2中的基材材质为聚四氟乙烯、pet、玻璃中的一种。

12、作为优选，所述步骤s3中的溶液为甲醇、乙醇、异丙醇、2-甲基-2-丙醇、去离子水中的一种或者至少两种混合，浸泡时间为1min～60min。

13、作为优选，所述步骤s4中的干燥温度为40℃～100℃，干燥时间为1h～24h。

14、作为优选，所述步骤s6中的反应型小分子交联剂为聚(乙二醇)二丙烯酸酯(pegda)、三甘醇二甲基丙烯酸酯(tegdma)、碳酸亚乙烯酯(vec)、1,3-二氧戊环(dol)、聚乙二醇二甲醚(pegdme)中的一种或者至少两种混合；非反应型液态电解质为litfsi+ec/dmc+10％fec、lipf6+dmc/ec/emc、lipf6+ec/dmc+5％fec中的一种；引发剂为偶氮二异丁腈(aibn)、三氟甲磺酸铝(al(otf)3)、六氟磷酸锂(lipf6)、过氧化苯甲酰中的一种。

15、作为优选，所述步骤s6中的原位聚合反应的温度为50℃～80℃，原位聚合反应的时间为6h～24h。

16、一种凝胶聚合物电解质，采用上述的凝胶聚合物电解质的制备方法制备得到。

17、一种固态锂电池，采用上述的凝胶聚合物电解质。

18、与现有技术相比，本发明的优点在于：

19、1、将包含反应型小分子交联剂、非反应型液态电解质与引发剂的前驱液注入聚合物基体中，发生原位聚合反应得到凝胶聚合物电解质，其中聚合物基体作为支撑结构，机械性能较好，能够抑制锂枝晶生长，有助于提高固态锂电池的稳定性，非反应型液态电解质嵌入到聚合物基体中，使凝胶聚合物电解质具有较好的离子传导能力，实现高离子电导率；

20、2、本凝胶聚合物电解质的制备方法简易，适用于电解质的原位制备，且该制备方法有利于电解质对多孔电极的渗透，促进电极-电解质界面处的锂离子快速迁移；

21、3、通过调节混合液中聚合物、填料、有机溶剂的比例，能够控制制备得到的多孔聚合物膜的孔径大小，可根据实际需求进行调节，灵活性较好。

技术特征：

1.一种凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中的聚合物为聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或者至少两种混合；

3.根据权利要求1所述的一种凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于：在所述步骤s1中，有机溶剂中还添加有填料，填料为mgo、tio2、sio2、zro2、al2o3、latp、lagp、llzo、llzto中的一种或者至少两种混合。

4.根据权利要求1所述的一种凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤s2中的基材材质为聚四氟乙烯、pet、玻璃中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤s3中的溶液为甲醇、乙醇、异丙醇、2-甲基-2-丙醇、去离子水中的一种或者至少两种混合，浸泡时间为1min～60min。

6.根据权利要求1所述的一种凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤s4中的干燥温度为40℃～100℃，干燥时间为1h～24h。

7.根据权利要求1所述的一种凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤s6中的反应型小分子交联剂为聚(乙二醇)二丙烯酸酯(pegda)、三甘醇二甲基丙烯酸酯(tegdma)、碳酸亚乙烯酯(vec)、1,3-二氧戊环(dol)、聚乙二醇二甲醚(pegdme)中的一种或者至少两种混合；

8.根据权利要求1所述的一种凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤s6中的原位聚合反应的温度为50℃～80℃，原位聚合反应的时间为6h～24h。

9.一种凝胶聚合物电解质，其特征在于：采用权利要求1～8任意一项所述的凝胶聚合物电解质的制备方法制备得到。

10.一种固态锂电池，其特征在于：采用权利要求9所述的凝胶聚合物电解质。

技术总结
本发明公开了一种凝胶聚合物电解质及其制备方法和固态锂电池，凝胶聚合物电解质的制备方法包括如下步骤：S1、将聚合物加入到有机溶剂中，加热并搅拌得到混合液；S2、将混合液滴加到基材上，通过刮涂器刮涂成膜，得到带膜基材；S3、将带膜基材放入到溶液中浸泡一定时间；S4、浸泡完成后取出带膜基材，干燥后得到多孔聚合物膜；S5、裁剪多孔聚合物膜得到聚合物基体；S6、在惰性气氛下将包含反应型小分子交联剂、非反应型液态电解质和引发剂混合的前驱液注入到聚合物基体中，原位聚合反应后得到凝胶聚合物电解质；优点是具有高离子电导率和良好机械性能，能够抑制锂枝晶生长，提高固态锂电池的稳定性。

技术研发人员：林久,刘畅,崔言明,戴秋实,唐光盛,刘青青,戈志敏
受保护的技术使用者：浙江锋锂新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24