[发明专利]一种复合单离子固态电解质的制备及应用方法

说明书

本发明涉及锂离子电池电解质制备技术，旨在提供一种复合单离子固态电解质的制备及应用方法。包括：取对苯乙烯氟代烷基磺酰亚胺锂、丙烯酸酯聚醚、腈基咪唑型离子液体和硅烷偶联剂KH‑570，在搅拌条件和紫外光引发下进行自由基聚合，制得共聚物；将共聚物和无机纳米材料均匀分散在溶剂中配成铸膜液；将铸膜液均匀倒在干净的制膜玻璃模具上，转移至真空干燥箱中；加热使溶剂完全挥发、聚合物脱水缩合交联后得到膜状的复合单离子固态电解质。本发明得到的复合单离子固态电解质具有较高离子电导率和锂离子迁移数，热稳定性与电化学稳定性良好，用于锂离子电池中表现出优异长循环性能和耐高电压性能；本发明制备方法简单，条件温和，可实现大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种复合单离子固态电解质的制备及应用方法，属于新型锂离子电池电解质制备技术。

背景技术

锂离子电池具有能量密度和输出电压高、无记忆效应、环境友好等优点，已经被广泛地应用于电子、航天、电动车辆等领域。电解质是制造锂电池所需的四大关键材料之一，其性能很大程度上决定了电池的功率密度、循环稳定性、安全性能、高低温性能以及使用寿命。目前商用的液态电解质由于含有低沸点的有机溶剂，很容易造成燃烧、爆炸、漏液等安全事故。

与传统液态电解质相比，聚合物电解质具有以下优点：安全性能高；无需使用隔膜；形状灵活可变；更好的热稳定性和电化学稳定性，故聚合物电解质代表锂离子电池未来的发展方向。聚合物电解质性能的优劣直接决定聚合物锂电池性能的好坏，从实际使用角度出发，满足商业化使用要求的聚合物电解质性需满足以下基本要求：较高的离子电导率和锂离子迁移数；较好的热稳定性和电化学稳定性以及一定的机械强度。目前的聚合物电解质大多是双离子导电体系，即直接加入锂盐，比如LiPF₆,LiClO₄,LiTFSI等锂盐，这些外加电场下，锂离子迁移速度较慢，而阴离子迁移速度相对较快，由于阴离子不参加电极反应，在电极与电解质的界面会形成浓度梯度，产生浓差极化，与外加电场形成相反的电动势，降低电池的能量密度，严重影响电池的使用寿命。

单离子电解质是通过将阴离子通过共价键固定在聚合物、无机骨架或阴离子受体上，使得锂离子迁移数接近1，可有效解决浓差极化问题，并且可以有效地抑制阴离子极化带来的锂枝晶效应。但是由于单离子聚合物电解质大大降低了阴离子的移动性，导致离子电导率很低，室温下的离子电导率一般在10^-6S/cm左右，远低于普通的聚合物电解质，故研究者们做了许多工作，致力于提高单离子聚合物电解质的室温离子电导率。

但是，目前提高单离子聚合物电解质离子电导率的方法中，由于大部分采用添加增塑剂，制备凝胶电解质的方法，导致得到的单离子电解质仍存在许多的问题。例如，电解质的力学性能和安全性差。因此，有必要提供一种新的复合单离子固态电解质的制备技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种复合单离子固态电解质的制备及应用方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种复合单离子固态电解质的制备方法，包括以下步骤：

(1)按质量比3～6∶2～3∶2～3∶0.3～1取对苯乙烯氟代烷基磺酰亚胺锂、丙烯酸酯聚醚、腈基咪唑型离子液体和硅烷偶联剂KH-570，在搅拌条件和紫外光引发下进行自由基聚合，制得共聚物；

(2)按质量比1～10∶0.05～2取共聚物和无机纳米材料，均匀分散在溶剂中配成铸膜液；将铸膜液均匀倒在干净的制膜玻璃模具上，转移至真空干燥箱中；在60～100℃下加热12～24h，待溶剂完全挥发、聚合物脱水缩合交联后得到膜状的复合单离子固态电解质。

本发明中，步骤(1)中所述对苯乙烯氟代烷基磺酰亚胺锂是下述的任意一种：对苯乙烯三氟甲基磺酰亚胺锂、对苯乙烯五氟乙基磺酰亚胺锂或对苯乙烯全氟丁基磺酰亚胺锂。