[发明专利]一种复合聚合物固态电解质膜的原位自形成制备方法

说明书

本发明涉及一种复合聚合物固态电解质膜的原位自形成制备方法。以克服现有技术存在的材料内部填料的分散性问题，同时制备方法复杂、不便捷，成本高且对环境不友好的问题。本发明采用的方法步骤为：1）以PEO为聚合物基体，将其与LiClO₄溶解在去离子水中，搅拌溶解，得溶液A；2）称取丙烯酰胺和2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸单体，以PEO质量为基准，控制聚合物基体与单体的质量比,将单体加入溶液A中搅拌溶解得溶液B；3）分别称取N,N‑亚甲基双丙烯酰胺，光引发剂加入至溶液B，搅拌溶解得到溶液C；4）将溶液C浇注于聚四氟乙烯模具中，置于紫外光辐射下，使单体聚合并交联，在PEO基体中形成交联结构；5）然后干燥得复合聚合物固态电解质膜。

技术领域

本发明所属固态聚合物电解质膜制备技术领域，具体涉及一种复合聚合物固态电解质膜的原位自形成制备方法。

背景技术

动力电池作为发展电动汽车的核心部件之一，一直是电池领域的研究热点。其中，锂离子电池由于其拥有高能量密度及功率密度而备受关注。近年来，随着电动汽车的快速发展，人们追求锂电池的大容量和充放电速度外，更关心的是锂电池的安全问题。目前商用的锂电池，电池内部的有机电解液可能引起泄露、燃烧和爆炸等安全问题，另外，金属锂负极的枝晶生长可能造成短路的安全隐患。因此，发展高安全性的全固态锂电池成为目前获得高效、安全、可靠的动力电池的发展方向。

固体电解质作为全固电池的核心部件，开发先进的固体电解质，对于防止锂枝晶的生长和电极副反应都有着至关重要的作用。目前研究主要涉及无机和聚合物固体电解质两大类。其中，聚合物电解质具有对电极粘附性好、电化学窗口相对较高且生产工艺易控制、可量产、柔性、形状多样性等优点，在柔性锂电池方面具备更多优势。但是通常聚合物固态电解质的离子电导率较低(10-7S cm-1)，需要对其进行改性来达到实际使用要求。另外，固态聚合物电解质的机械性能差也是亟待解决的问题。

目前，以聚氧化乙烯(PEO)为聚合物基体，高氯酸锂(LiClO4)为锂盐的聚合物固态电解质体系中，文献报道基本上是利用填料来进行改性，目前报道的最高室温离子电导率为5.2×10-5S cm-1(Zhai H.et al.Nano letters,2017(17):3182-3187)。但是该方法需要利用冰模板来取向纳米填料Li1+xAlxTi2-x(PO4)3(LATP)，制备过程繁琐复杂，工艺条件要求高。(Zhai H.et al.Nano letters,2017(17):3182-3187)。此外，在填料改性的PEO基复合聚合物电解质体系中，填料与PEO之间多存在分相行为；纳米填料的团聚行为也限制了聚合物电解质膜的制备；PEO的溶解多采用有一定毒性的有机溶剂乙腈等；复合电解质膜的拉伸强度提高程度有限，文献报道的最大拉伸强度增幅为83％(Gomari S.et al.SolidState Ionics,2017(303):37-46)。因此，需要寻求更好的PEO基复合聚合物电解质的制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合聚合物固态电解质膜的原位自形成制备方法，以克服现有技术存在的材料内部填料的分散性问题，同时制备方法复杂、不便捷，成本高且对环境不友好的问题。

为达到本发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种复合聚合物固态电解质膜的原位自形成制备方法，包括下述步骤：

一、以分子量范围为100K-4000K的PEO为聚合物基体，将其与LiClO₄按照5～20:1的摩尔比溶解在去离子水中，搅拌溶解，得到溶液A；

二、称取质量比为5:1～3的丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸单体，以PEO质量为基准，控制聚合物基体与单体的质量比为1:0.1～1:0.75,将单体加入至溶液A中搅拌溶解得到溶液B；