[发明专利]耐高温的水性聚氨酯固态电解质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐高温水性聚氨酯固态电解质，由水性聚氨酯和锂盐构成；水性聚氨酯占电解质聚合物质量分数的70～90％，锂盐占电解质聚合物质量分数的10～30％；合成水性聚氨酯的低聚物多元醇原料中含有聚对苯二甲酸异山梨醇聚酯二元醇。本发明还公开了耐高温水性聚氨酯固态电解质的制备方法。本发明制备的聚合物固态电解质的离子电导率高、耐高温和热稳定性能优异，在140℃的高温条件下还具有很好的尺寸稳定性和高温离子电导率，能够满足锂电池在高温条件下使用的要求，且制备方法简单。

技术领域

本发明涉及聚合物电解质技术领域，尤其涉及一种耐高温的水性聚氨酯固态电解质及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为新一代的绿色高能充电电池已广泛应用于商业化电子产品、汽车动力装置以及发电站的能量存储等。电解质材料是影响整体电池安全稳定性的重要因素之一，目前广泛应用的液态电解质易腐蚀电极片从而造成电池容量不可逆损失，并且有机电解液的热安全性不足，从而引起火灾和爆炸等严重安全问题。采用固态电解质可以避开液体电解质的这些弊端，并且其形状可任意剪裁和变化，使得电池设计更轻巧时尚。

固态电解质可分为无机固态电解质和聚合物固态电解质，而聚合物固态电解质因其离子电导率高，制备简单，并且制备的锂离子电池能量密度高而被研究者青睐，是目前锂离子电池研究的热点之一。目前研究制备的聚合物固态电解质大多数是基于聚氧化乙烯，比如中国专利CN104241686A公布了一种全固态复合电解质膜，用聚氧化乙烯、无机填料和锂盐为原材料，采用溶液共混法制备得到。但是聚氧化乙烯机械强度差，且容易结晶，造成后期电导率较小，以及电池工作温度有限，不可在高温下使用等问题。中国专利CN102020780 A公布了一种全固态聚合物电解质膜，使用聚环氧乙烷和含磺酸根离子的液晶聚合物等制备得到，但是制备过程要使用大量乙腈等有毒溶剂，环保性差。此外，水性聚氨酯作为环境友好型高分子材料已经得到广泛的应用。中国专利CN101280104A公布了一种聚合物电解质材料，将聚硅氧烷通过共混法分散在水性聚氨酯中，并将导电盐直接溶于混合溶液中制备得到水性聚氨酯聚硅氧烷固态电解质，但是该法制备的电解质仍需要吸收5-260％电解液构成凝胶电解质才能用于电池使用，而凝胶电解质的长期使用依然会存在液体析出的问题，并非真正的全固态电解质。

目前，涉及环保型高温使用的聚合物固态电解质的制备和性能的相关报道较少。中国专利CN 106532116 A公布了一种耐高温的固态聚合物电解质，是通过紫外光引发自由基聚合得到的，但是该方法得到的固态聚合物电解质离子电导率不高，并且在制备过程中会使用到乙腈等有毒溶剂，不环保。中国专利CN 102738426 A公布了一种耐高温锂电池，采用聚酰亚胺和聚碳硅烷的热固性反应制备电解质膜，赋予了电池的耐高温性，但是该方法制备的电解质膜脆性大，安全性差，并且在过程中仍需要使用大量的N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺和二甲基甲酰胺有毒溶剂，对环境和施工人员伤害极大。苯酐聚酯是一种具有良好耐温性能的材料，目前这类材料主要用于塑料包装材料领域，用其制备水性聚氨酯并用于锂离子电池固态电解质尚未见报道。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种耐高温的水性聚氨酯固态电解质及其制备方法，制得的固体电解质在140℃的高温条件下还具有很好的尺寸稳定性和高温离子电导率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种耐高温的水性聚氨酯固态电解质，由水性聚氨酯和锂盐构成；所述水性聚氨酯占电解质聚合物质量分数的70～90％，锂盐占电解质聚合物质量分数的10～30％；合成聚酯型水性聚氨酯的低聚物多元醇原料中含有聚对苯二甲酸异山梨醇聚酯二元醇。

进一步的，所述聚对苯二甲酸异山梨醇聚酯二元醇由对苯二甲酸和异山梨醇缩聚反应得到的，其结构式为：

进一步的，所述水性聚氨酯的结构式：