[发明专利]一种基于水性聚氨酯/离子传导聚合物复合泡沫的碱性固体电解质及制备方法

说明书

本发明属于新能源材料技术领域，涉及一种水性聚氨酯/离子传导聚合物复合泡沫的碱性固体电解质及制备方法。本发明采用化学发泡法，以水性聚氨酯泡沫作为骨架引入离子传导聚合物，并将其浸泡在碱性溶液中，得到基于水性聚氨酯/离子传导聚合物复合泡沫的碱性固体电解质。所述离子传导聚合物作为离子传输载体，在水性聚氨酯泡沫中形成离子传输通路，进而使该材料获得优异的综合性能，使得该电解质不仅力学性能优良，回弹性好，在碱性条件下具有较好的稳定性；同时本发明制备的碱性固体电解质的具有较低的体积电阻和较高的室温电导率。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，涉及基于水性聚氨酯/离子传导聚合物复合泡沫的碱性固体电解质及制备方法。

背景技术

在全球能源面临枯竭的境况下，减少传统化石能源使用的呼声日益强烈，这进一步加快了新能源替换传统化石能源的脚步。而作为新能源的重要组成部分，锂离子电池具有比能量高、密度高、循环寿命长的特点，近年来受到广泛应用。随着科技的发展，锂离子电池的使用越来越普及，并不断向着质量轻、性能全面、功能多样等方向快速发展，其安全性能方面同样备受关注，因此全固态电池应运而生，采用固态电解质来替换掉传统的电解液，能够避免电解液在易燃易爆的有机溶剂中泄露而造成安全事故。

聚合物电解质作为固态电解质中的一员，相比于传统电解液，具有安全性好、能量密度高、无泄露等优点。理想的聚合物电解质需要满足以下几个方面的性能要求：离子电导率高、离子迁移数可观、机械强度高、电化学稳定性窗口宽、化学稳定性和热稳定性好、与电极的相容性好、价格低廉且环境友好。然而，单一聚合物电解质难以满足所有要求，并且由于结构原因，大多数聚合物电解质的离子电导率较低、长期稳定性较差。

发明内容

本发明针对上述问题，为了提高聚合物电解质综合性能，将单一可传导离子的聚合物引入综合性能优异的聚合物体系中，并在体系中构建离子传导通道，依次设计了一种以水性聚氨酯泡沫为基体、离子传导聚合物负载的碱性固体电解质。具体包括：采用化学发泡法，以离子传导聚合物水溶液作为化学发泡剂来制备水性聚氨酯泡沫，并将其浸泡在碱性溶液中，得到基于水性聚氨酯/离子传导聚合物复合泡沫的碱性固体电解质。本发明选用水溶性聚合物作为离子传输载体，在水性聚氨酯泡沫中形成离子传输通路，进而使该材料获得优异的综合性能。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于水性聚氨酯/离子传导聚合物复合泡沫的碱性固体电解质的制备方法，包括如下步骤：

（1）将脱水后的多元醇与多异氰酸酯加入到反应容器中，在机械搅拌下反应，反应温度为80-90 ℃，开始反应1 h内加入二羟甲基丁酸和一缩二乙二醇，得到溶液A，继续反应30 min后加入有机溶剂，反应2 h后加入二月桂酸二丁基锡，得到水性聚氨酯预聚体；反应期间添加有机溶剂能够降低体系黏度、防止暴聚；

（2）将步骤（1）中所述水性聚氨酯预聚体的温度降低至50-56 ℃，并加入三乙胺中和，反应20~40 min后得到溶液B；

（3）制备离子传导聚合物水溶液，按一定质量比将所述溶液B和所述离子传导聚合物水溶液混合，并使用匀浆机分散均匀，然后通过干燥的方式除掉多余的水分，得到水性聚氨酯泡沫；

（4）将步骤（3）中所述水性聚氨酯泡沫切成薄片，将所述薄片浸泡于碱性溶液中，即得到基于水性聚氨酯/离子传导聚合物复合泡沫的碱性固体电解质。

优选的，步骤（1）中所述反应时间为8-13 h。

优选的，步骤（1）中所述多元醇中羟基与所述多异氰酸酯中异氰酸酯基的摩尔比为1:1~1.4。

优选的，步骤（1）中所述二羟甲基丁酸与多元醇摩尔比为0.2-0.6:1、一缩二乙二醇与多元醇摩尔比为0.5-0:9:1、二月桂酸二丁基锡与多元醇摩尔比为0.02-0.03:1。

优选的，步骤（1）中所述二月桂酸二丁基锡分四次加入，每次间隔1h。

优选的，步骤（1）中所述有机溶剂的添加量为溶液A总质量的50-100%。