[发明专利]一种双连续相凝胶聚合物电解质、其制备方法及应用

说明书

本发明属于锂离子电池聚合物电解质技术领域，更具体地，涉及一种双连续相凝胶聚合物电解质、其制备方法及应用。该聚合物电解质由环氧类单体与胺类单体在锂盐加速条件下反应形成刚性网络，液态醚类小分子增塑剂分散在该交联网络结构中形成双连续相凝胶聚合物电解质。该凝胶聚合物电解质中的液态组分有利于加速氨基‑环氧反应，促进双连续相结构在更温和条件下生成。此外，双连续相有利于实现机械性能和电化学性能同步提升，促进电解质高性能化。本发明提出的双连续相凝胶聚合物电解质的方法，为高性能凝胶聚合物电解质材料的快速构建提供了新的思路。

技术领域

本发明属于锂离子电池聚合物电解质技术领域，更具体地，涉及一种双连续相凝胶聚合物电解质、其制备方法及应用。

背景技术

固态聚合物电解质因其低成本、不易燃等特点，有望克服传统液态电解质易燃易爆等安全隐患。高性能的固态聚合物电解质需满足以下特点：(1)高离子电导率(＞10^-4Scm^-1)以实现锂离子在正负极间的快速传输，(2)较高机械强度以抑制锂枝晶生长。众所周知，聚合物电解质的锂离子快速传输有赖于聚氧化乙烯(PEO)等柔性聚合物强的链段运动能力(Nat.Commun.2019,10,5384)。为此，研究人员对聚合物电解质的研究集中在采用分子科学工程以降低聚合物的玻璃化转变温度，以提高离子电导率。然而，链柔性的提升势必带来机械性能的降低，进而导致锂枝晶刺穿隔膜等安全问题。为此，开发兼具高离子电导率和优异机械性能的固态聚合物电解质仍然具备挑战。将高模量的聚苯乙烯(PS)引入聚合物电解质中构建PS-b-PEO嵌段共聚物电解质可赋予电解质膜极高的模量以抑制锂枝晶的生长。然而，PEO基聚合物电解质仍面临着电导率不足等问题，无法维持锂电池正常循环。添加小分子增塑剂形成凝胶聚合物电解质以提高电解质电导率是一种有效满足电解质商业需求的策略，但电解质中小分子增塑剂的引入无疑又降低了机械性能(Nature 2022,601,217)。

此外，固态聚合物电解质仍面临着和电极之间极高固-固界面阻抗这一痛点，固态聚合物电解质因其固有的尺寸稳定性无法渗入多孔阴极骨架，这极大阻碍了锂离子在界面处的传导效率。

因此，如何实现机械性能和电化学性能的解耦是当前需要解决的技术问题，亟需提出一种兼具高离子电导率和机械强度的聚合物电解质。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种双连续相凝胶聚合物电解质、其制备方法及应用，以解决现有技术固态聚合物电解质离子电导率和机械性能无法兼得，电解质制备工艺苛刻等技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种双连续相凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将醚类小分子增塑剂、锂盐、胺类单体与环氧类单体混合，获得原料混合液；

(2)在惰性气氛下将隔膜浸入步骤(1)获得的原料混合液中，所述隔膜浸润均匀后，所述胺类单体与所述环氧类单体在所述锂盐的加速条件下在所述隔膜表面发生原位聚合反应，制备得到具有双连续相的凝胶聚合物电解质。

优选地，所述醚类小分子增塑剂为二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚和1,3-二氧戊环的一种或多种。

优选地，所述锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂、二草酸硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、双氟磺酰亚胺锂和高氯酸锂中的一种或多种；所述醚类小分子增塑剂和锂盐混合形成的液态电解质中锂盐的浓度为0.5M–2M。

优选地，所述胺类单体为4,4'-二氨基二环己基甲烷、4,4'-二氨基二苯甲烷、4,4'-异丙基二环己胺、2,2-双(4-氨基苯基)丙烷和异佛尔酮二胺中的一种或多种；

所述环氧类单体为双酚A二缩水甘油醚、双酚F二缩水甘油醚和间苯二酚二缩水甘油醚中的一种或多种。