[发明专利]一种聚己内酯基阻燃固态电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电化学储能材料技术领域,具体涉及一种聚己内酯基阻燃固态电解质及其制备方法和应用，该聚己内酯基阻燃固态电解质由聚己内酯二醇、二异氰酸酯单体、锂盐和反应型阻燃剂单体制成。本发明引入的反应型阻燃剂参与聚合物反应，聚合物中的阻燃结构单元在燃烧过程中能产生自由基抑制剂,从而使燃烧链式反应中断；另外反应型阻燃剂分解释放出的气体能够抑制燃烧反应的进行；反应型阻燃剂的引入进一步增强固态电解质的强度和韧性，所得到的固态电解质兼顾了机械性能、电化学性能和安全性能，能够显著提升电池热失控极端工况下的安全性。

技术领域

本发明属于电化学储能材料技术领域，具体涉及一种聚己内酯基阻燃固态电解质及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，高比能可充电锂金属电池受到了广泛的关注。传统锂离子电池在充电过程中会形成锂枝晶，枝晶的生长会穿透锂离子电池隔膜导致锂离子电池内部短路，造成电池的热失控和燃烧爆炸。采用固态电解质替代传统的液态电解液，可以解决电池的漏液和碰撞后燃烧问题，提高了电池的安全性；同时固态电解质一般具有很宽的电化学窗口，适用于高电压电极材料，从而可以进一步提高电池的能量密度，因此采用固态电解质组装的固态电池，不仅具有优异的安全性，同时具有高能量密度，有望彻底解决锂金属电池的诸多不足。

传统的固态电解质主要以高分子聚合物为主体，然而高分子聚合物电解质在发生短路、机械冲击后仍然会引发火灾，因此设计可以应用于锂离子电池的阻燃型聚合物电解质显得尤为重要。为了提高聚合物固态电解质的阻燃性能，通常会向聚合物组分中加入液态阻燃剂以满足对阻燃级别的要求，然而随着阻燃剂添加量的增加，聚合物电解质的机械性能就会受到影响，从而使得电池的电化学性能下降。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种聚己内酯基阻燃固态电解质及其制备方法和应用，本发明提供了一种新的、用于锂金属电池的阻燃固态电解质，克服现有技术通过添加液态阻燃剂产生的技术缺陷。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种聚己内酯基阻燃固态电解质的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚己内酯二醇和反应型阻燃剂溶解在有机溶剂中，得到反应液；

其中，所述反应型阻燃剂选自二溴新戊二醇、三聚氰胺、二溴苯酚、三羟甲基氨基甲烷、四溴双酚、四溴苯酐二醇、氨基磺酸胍、2,3-二溴丙醇中的一种或几种；

(2)向步骤(1)的反应液中加入异氰酸酯单体、引发剂，混合均匀后进行聚合反应，得到聚合物溶液；

(3)向步骤(2)的聚合物溶液中加入锂盐并混合均匀，得到混合浆料；

(4)将步骤(3)的混合浆料烘干至溶剂完全挥发，得到聚己内酯基阻燃固态电解质。

优选的，所述步骤(1)中聚己内酯二醇的分子量为1000-8000，反应液中聚己内酯二醇的重量百分比为50-60wt％，反应型阻燃剂的重量百分比为1-10wt％，余量为有机溶剂。

优选的，所述步骤(1)中的有机溶剂选自N,N’-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N,N’-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、二氯甲烷中的一种或几种。

优选的，所述步骤(2)中异氰酸酯单体选自2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯，二苯甲烷二异氰酸酯中的一种；所述引发剂选自二月桂酸二丁基锡、二丁基二氯化锡、辛酸亚锡中的一种或几种。

优选的，所述步骤(2)中，聚己内酯二醇和反应型阻燃剂(羟基摩尔量)总摩尔量与异氰酸酯单体的异氰酸根摩尔量之比为1：1-1.5，引发剂与聚己内酯二醇的质量比为3-10：100。

优选的，所述步骤(2)中聚合反应的温度为30-50℃，混合时间为6-12h。