一种固态聚合物电解质膜及其制备方法

摘要

本发明公开了一种固态聚合物电解质膜及其制备方法，其固态聚合物电解质膜是由聚合物、锂盐组成，其制备方法包括以下步骤：S1：制备聚氨酯/聚酰亚胺溶液；S2：制备聚氨酯/聚酰亚胺/锂盐混合液；S3：涂布成膜并进行干燥得到电解质膜。本发明采用聚酰亚胺改性聚醚型聚氨酯，分子链中含有较多的醚基，有利于提高室温离子电导率，而且在聚合物分子链中引入砜基和含氟结构，能够有效改善聚合物电解质的电化学稳定性，在一定程度上提升锂盐解离程度，提高聚合物电解质离子导电率；同时聚醚型聚氨酯提供聚合物电解质膜韧性，聚酰亚胺提供聚合物电解质膜刚性，提高电解质膜机械性能及化学稳定性。

权利要求

1.一种固态聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于，其固态聚合物电解质膜是由聚合物、锂盐组成，其制备方法包括以下步骤：S1：在氮气或惰性气体保护下，将氨基封端的聚酰亚胺低聚体与异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体加入至有机溶剂中，室温下充分反应，得到聚氨酯/聚酰亚胺溶液；其中，所述的异氰酸酯封端聚氨酯预聚体为聚醚型聚氨酯预聚体；

S2：向步骤S1得到的聚氨酯/聚酰亚胺溶液中加入锂盐，搅拌均匀，得到混合液；

S3：将步骤S2中的混合液均匀涂布在玻璃板上，然后放在真空干燥箱干燥24h。

2.根据权利要求1所述的一种固态聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的氨基封端的聚酰亚胺低聚体与异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体摩尔比为5％‑20％。

3.根据权利要求1所述的一种固态聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中氨基封端的聚酰亚胺低聚体的结构式为：

4.根据权利要求1所述的一种固态聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于，所述的锂盐选自双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、二氟甲基磺酰亚胺锂、高氯酸锂中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种固态聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中锂盐占聚合物重量的5％‑50％。

6.根据权利要求1所述的一种固态聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于，所述的有机溶剂选自N‑甲基吡咯烷酮、N,N‑二甲基甲酰胺、N,N‑二甲基乙酰胺中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的一种固态聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于，所述的固态聚合物电解质膜的厚度为50‑200μm。

说明书

一种固态聚合物电解质膜及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于固态锂离子电池技术领域，具体涉及到一种固态聚合物电解质膜及其制备方法。

背景技术

[0002] 锂离子电池具有工作电压高、比能量高、循环寿命长、自放电率低，无污染等优点，在3C产品以及新能源电动汽车、电动自行车等方面被广泛应用。目前所使用的商用锂离子
电池普遍釆用六氟磷酸锂(LiPF6)的有机碳酸酯类液态电解液，而这类电池中含有易挥发
的易燃性液态有机物，因而存在漏液、着火、爆炸等安全隐患，在电池受到热冲击、过充、过
放、短路等状况下，更容易出现安全隐患。

[0003] 鉴于此，目前企业及高校更多的注重于固态锂离子电池的研究。与采用液体电解液的传统锂离子电池相比，固态锂离子电池在高能量密度和安全性方面具有显著的潜在优
势，被认为是可用于电动汽车和储能领域的下一代锂电池。在固态电解质材料中，主要包括
聚合物固态电解质、无机固态电解质以及有机‑无机复合固态电解质三类。其中聚合物固态
电解质以有机聚合物和锂盐的络合组成，但是其离子导电率及机械性能较差，限制了其应
用。

[0004] 基于上述问题，急需提供一种新的固态电解质膜制备方法以克服上述不足。

发明内容

[0005] 针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种固态聚合物电解质膜及其制备方法，旨在制备一种固态聚合物电解质膜，改善固态电解质离子电导率及机械性能。

[0006] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

[0007] 一种固态聚合物电解质膜及其制备方法，其固态聚合物电解质膜是由聚合物、锂盐组成，其制备方法包括以下步骤：

[0008] S1：在氮气或惰性气体保护下，将氨基封端的聚酰亚胺低聚体与异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体加入至有机溶剂中，室温下充分反应，得到聚氨酯/聚酰亚胺溶液；

[0009] S2：向步骤S1得到的聚氨酯/聚酰亚胺溶液中加入锂盐，搅拌均匀，得到混合液；

[0010] S3：将步骤S2中的混合液均匀涂布在玻璃板上，然后放在真空干燥箱干燥24h。

[0011] 所述步骤S1中的氨基封端的聚酰亚胺低聚体与异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体摩尔比为5% 20%。优选的，氨基封端的聚酰亚胺低聚体与异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体摩尔
~
比为10% 15%。
~

[0012] 优选的，所述步骤S1中氨基封端的聚酰亚胺低聚体的结构式为：

[0013] 。

[0014] 所述的异氰酸酯封端聚氨酯预聚体为聚醚型聚氨酯预聚体。

[0015] 所述的锂盐选自双（三氟甲基磺酰）亚胺锂、二氟甲基磺酰亚胺锂、高氯酸锂中的一种或多种。优选的，S1中锂盐选自双（三氟甲基磺酰）亚胺锂、二氟甲基磺酰亚胺锂中的一
种或多种。

[0016] 所述步骤S2中锂盐占聚合物重量的5% 50%。优选的，S2中锂盐的添加量占聚合物~
重量的10 30wt%。
~

[0017] 所述的有机溶剂选自N‑甲基吡咯烷酮、N,N‑二甲基甲酰胺、N,N‑二甲基乙酰胺中的一种或多种。优选的，所述的有机溶剂选自N‑甲基吡咯烷酮、N,N‑二甲基甲酰胺中的一种
或多种。

[0018] 所述的固态聚合物电解质膜的厚度为50 200μm。~

[0019] 按照本发明的另一方面，提供了一种聚合物固态电解质，其由所述的制备方法制备。

[0020] 本发明的有益效果在于：本发明采用聚酰亚胺改性聚醚型聚氨酯，分子链中含有较多的醚基（‑O‑），有利于提高室温离子电导率，而且在聚合物分子链中引入砜基和含氟结
构，能够有效改善聚合物电解质的电化学稳定性，在一定程度上提升锂盐解离程度，提高聚
合物电解质离子导电率；同时聚醚型聚氨酯提供聚合物电解质膜韧性，聚酰亚胺提供聚合
物电解质膜刚性，提高电解质膜机械性能及化学稳定性。

具体实施方式

[0021] 下面结合具体实施例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

[0022] 实施例1：

[0023] 一种固态聚合物电解质膜及其制备方法，其固态聚合物电解质膜是由聚合物、锂盐组成，其制备方法包括以下步骤：

[0024] S1：在氮气或惰性气体保护下，将10%的氨基封端的聚酰亚胺低聚体与异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体加入至N‑甲基吡咯烷酮中，室温下充分反应，得到聚氨酯/聚酰亚胺溶
液；

[0025] S2：向S1聚氨酯/聚酰亚胺溶液中加入10wt%双（三氟甲基磺酰）亚胺锂，搅拌均匀，得到混合液；

[0026] S3：将S2中的混合液均匀涂布在玻璃板上，然后放在真空干燥箱干燥24h。

[0027] 实施例2：

[0028] 一种固态聚合物电解质膜及其制备方法，其固态聚合物电解质膜是由聚合物、锂盐组成，其制备方法包括以下步骤：

[0029] S1：在氮气或惰性气体保护下，将10%的氨基封端的聚酰亚胺低聚体与异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体加入至N‑甲基吡咯烷酮中，室温下充分反应，得到聚氨酯/聚酰亚胺溶
液；

[0030] S2：向S1聚氨酯/聚酰亚胺溶液中加入20wt%双（三氟甲基磺酰）亚胺锂，搅拌均匀，得到混合液；

[0031] S3：将S2中的混合液均匀涂布在玻璃板上，然后放在真空干燥箱干燥24h。

[0032] 实施例3：

[0033] 一种固态聚合物电解质膜及其制备方法，其固态聚合物电解质膜是由聚合物、锂盐组成，其制备方法包括以下步骤：

[0034] S1：在氮气或惰性气体保护下，将10%的氨基封端的聚酰亚胺低聚体与异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体加入至N‑甲基吡咯烷酮中，室温下充分反应，得到聚氨酯/聚酰亚胺溶
液；

[0035] S2：向S1聚氨酯/聚酰亚胺溶液中加入30wt%双（三氟甲基磺酰）亚胺锂，搅拌均匀，得到混合液；

[0036] S3：将S2中的混合液均匀涂布在玻璃板上，然后放在真空干燥箱干燥24h。

[0037] 实施例4：

[0038] 一种固态聚合物电解质膜及其制备方法，其固态聚合物电解质膜是由聚合物、锂盐组成，其制备方法包括以下步骤：

[0039] S1：在氮气或惰性气体保护下，将15%的氨基封端的聚酰亚胺低聚体与异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体加入至N‑甲基吡咯烷酮中，室温下充分反应，得到聚氨酯/聚酰亚胺溶
液；

[0040] S2：向S1聚氨酯/聚酰亚胺溶液中加入20wt%双（三氟甲基磺酰）亚胺锂，搅拌均匀，得到混合液；

[0041] S3：将S2中的混合液均匀涂布在玻璃板上，然后放在真空干燥箱干燥24h。

[0042] 本发明提供了一种聚合物固态电解质膜及其制备方法，制备了一种聚合物固态电解质膜，提高了固态电解质离子电导率、机械性能及化学稳定性。

[0043] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作出任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属
于本发明的技术方案范围内。