[发明专利]一种锂电池用磺化聚乙烯醇固态聚合物电解质膜及其制备方法

说明书

本发明属于聚合物电解质领域，具体涉及一种锂电池用磺化聚乙烯醇固态聚合物电解质膜及其制备方法。先将聚乙烯醇和磺酸内酯按比例添加到有机溶剂中，待溶解完全后加入NaH，加热反应后，将产物倒入盐酸中静置，将产物再倒入氢氧化锂水溶液中静置，用去离子水洗涤至中性，干燥。产物与双三氟甲烷磺酰亚胺锂按照比例溶于有机溶剂中，将溶液倒在模具中，真空干燥得到固态聚合物电解质膜。本发明基于磺化聚乙烯醇的聚合物电解质膜，通过采用特定的结构设计使得锂离子置换到聚合物基体上，该电解质为单离子聚合物电解质将阴离子固定在聚合物骨架只允许阳离子迁移，离子迁移数可高达1。

技术领域

本发明属于聚合物电解质领域，涉及一种固态电解质膜，具体涉及一种锂电池用磺化聚乙烯醇固态聚合物电解质膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有高能量密度和长寿命而被广泛应用于便携式电子设备和电动汽车中。但是由于液态电解质的泄露和挥发而容易引起着火，存在着一些安全隐患。用固态电解质取代液态电解质抑制锂枝晶的生长是解决这一安全问题的基本途径。

从实际应用的角度看，理想的聚合物固态电解质应满足以下要求：较高的离子电导率；较高的锂离子迁移数；一定的机械强度；电化学窗口宽；良好的化学稳定性和热稳定性等。

当前离子电导率和界面相容性是固态电解质在锂电池应用中两个主要挑战。近期，尽管各种无机固体电解质的离子电导率可与液体电解质媲美，但由于接触不充分，导致离子转移缓慢，因此固-固界面比固-液界面具有更大的界面电阻。电极与固态电解质之间的相互作用以及电池的更大极化。此外，在充电和放电过程中电极的体积变化会加速电极和电解质之间的界面接触。所以界面问题是当前固态电解质较难解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种基于磺化聚乙烯醇的固态聚合物电解质膜。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于磺化聚乙烯醇的聚合物电解质膜，它的结构通式如下：

式中n=3或4。

本发明的另一目的是为了提供一种上述基于磺化聚乙烯醇的制备方法，其具体步骤如下：

（1）将聚乙烯醇和磺酸内酯按照一定比例添加到有机溶剂中，待溶解完全后加入适量 NaH，95℃加热反应10小时。将得到的产物倒入1mol/L的盐酸中静置5小时，将产物再倒入氢氧化锂水溶液中静置10小时，用去离子水洗涤至中性，60℃干燥24小时。

其中，磺酸内酯为1,3-丙烷磺酸内酯或1, 4-丁烷磺酸内酯。

有机溶剂为无水乙醇。

聚乙烯醇中羟基和磺酸内酯的摩尔比小于4。

NaH与磺酸内酯的摩尔比为1：1。

氢氧化锂水溶液浓度为0.5mol/L。

（2）将步骤（1）产物与双三氟甲烷磺酰亚胺锂按照一定的比例溶于无水级有机溶剂中，将溶液倒在模具中，60℃真空干燥24小时，得到固态聚合物电解质膜。

其中，双三氟甲烷磺酰亚胺锂与磺化聚乙烯醇的质量比为0.1：1~0.4：1。

有机溶剂为DMSO或DMF，实验在手套箱中进行。

有益效果：由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明基于磺化聚乙烯醇的聚合物电解质膜，通过采用特定的结构设计使得锂离子置换到聚合物基体上，该电解质为单离子聚合物电解质将阴离子固定在聚合物骨架只允许阳离子迁移，离子迁移数可高达1。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述，但不限于此。