[发明专利]一种用于制备聚合物电解质的前驱体溶液及其应用

说明书

本发明属于聚合物电解质领域，具体地，涉及一种用于制备聚合物电解质的前驱体溶液及其应用。该聚合物电解质的前驱体溶液包括单体、电解质盐和引发剂，单体为环缩醛、环酯和环状碳酸酯中的一种或多种，引发剂为Sn‑席夫碱金属配合物、Zn‑席夫碱金属配合物和Al‑席夫碱金属配合物中的一种，该引发剂一方面用于引发单体开环聚合形成聚合物电解质，得到电极/电解质界面接触良好的聚合物基电池；另一方面，该引发剂还能够与碱金属负极原位发生反应形成合金，有利于碱金属离子的均匀沉积，抑制碱金属枝晶的形成，提高电池循环性能。

技术领域

本发明属于聚合物电解质领域，具体地，涉及一种用于制备聚合物电解质的前驱体溶液及其应用，更具体地，涉及一种用于原位开环聚合制备聚合物电解质的前驱体溶液及其应用。

背景技术

目前，固态电解质材料主要有无机固体电解质和有机聚合物电解质。与无机固态电解质相比，有机聚合物电解质具有良好的粘弹性和可加工性，能够提高固-固界面接触的性能，因此成为了解决固态电池界面兼容性的首选方案。通常情况下，聚合物基电池的组装方法为：首先采用溶液浇铸法制备聚合物电解质膜，然后再与电池正负极片一起卷绕或叠片的方式组装成电池，这样导致电池极片/固态电解质之间的固/固界面阻抗较大，固态电池的充放电性能、倍率和循坏性能都比较差。此外，该过程使用了大量的有机溶剂，直接挥发会导致环境污染但又回收困难，因此无形中增加了大规模生产的成本。

与溶液浇铸法制备电解质不同，在电池中原位制备聚合物电解质的方法更为简单环保。首先将前驱体溶液注入隔膜，然后在一定条件下使前驱体溶液固化进而得到聚合物基固态电池。一方面，该技术利用了前驱体溶液的低粘度、易润湿界面的有益特性，因此有利于电解质与活性物质之间形成紧密和共形的接触界面。另一方面，该技术可以与现有电池生产工艺兼容、利于大规模生产，因而引起了越来越多的关注。此外，该技术也可以得到高纯度的聚合物电解质。

现有技术基于原位聚合制备聚合物电解质通常使用环氧类聚合单体，但其电化学窗口窄、离子迁移数低，不利于其在高电压电池中的应用。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的发明目的在于提供一种原位开环聚合制备聚合物基电解质的前驱体溶液及其该电解质在碱金属固态电池中的应用，以解决现有固态电池界面接触差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于原位开环聚合制备聚合物电解质的前驱体溶液，其包括单体、电解质盐和引发剂，其中，

所述单体为环缩醛单体、环酯单体和环状碳酸酯单体中的一种或多种；

所述电解质盐为锂盐、钾盐或钠盐；

所述引发剂为Sn-席夫碱金属配合物、Zn-席夫碱金属配合物和Al-席夫碱金属配合物中的一种或多种。

优选方案中，该前驱体溶液中至少含有一种液态单体，所述电解质盐溶解于所述液态单体中，使得所述电解质盐的浓度不大于2mol L^-1；所述引发剂占单体质量的3％～50％。根据所述电解质盐的浓度和液态单体的体积、密度可以获知液态单体的质量。

进一步优选的方案，所述引发剂占单体质量的3％～20％。

优选方案中，所述引发剂为2-乙基己酸锡(II)(Sn(Oct)₂)、二丁基锡二月桂酸或2-乙基己酸锌(Zn(Oct)₂)。

优选方案中，所述的前驱体溶液还包括塑化剂，所述塑化剂与单体的质量比为x:(10-x)，0x≤5。

优选方案中，所述环缩醛单体、环酯单体和环状碳酸酯单体的结构通式分别如式a、式b和式c所示：