【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种聚合物固态电解质、制备方法和应用，属于化学储能电池。
技术介绍
1、随着可再生能源的广泛应用，以锂离子电池为代表的新能源产业迎来蓬勃的发展。但目前商业化的锂离子电池能量密度有限，在便携式电子设备与电动汽车迅速发展的今天，逐渐难以满足需求。现有锂离子电池主要采用以人造石墨为主的负极材料，其理论容量较低（372 mah g-1），限制了锂离子电池能量密度的提升。锂金属负极因其高理论比容量（3860 mah g-1）和低电化学电位（-3.04 v），被认为是下一代高能量密度电池负极材料的理想选择。然而，在锂金属负极的实际应用中存在许多问题，包括死锂的形成，锂枝晶不可控生长，火灾、爆炸等等。
2、近年来，为了提高锂金属电池的安全性能，具有优异性能的固态电解质得到了广泛的发展，常见的固态电解质可分为无机固态电解质和聚合物固态电解质。无机固态电解质具有离子电导率高（>10-4s cm-1）、机械强度高以及工作温度范围宽等优点。但其刚性较强，与电极界面接触性能不佳且在使用过程中受到外力容易碎裂。相比于无机固态电解质，聚合物固态电解质具有制备简单、易成膜、化学稳定性好、力学柔性强以及界面接触性能良好等优势，更加柔软，界面润湿性更好，但大多数聚合物固态电解质在室温下离子电导率低（10-7~10-5s cm-1）普限制了它们的应用。因此，开发具有高离子电导率的聚合物固态电解质是有必要的。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种聚合物固态电解质、制备
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。
3、一种聚合物固态电解质，包括聚合物和锂盐，所述聚合物由含双键的碳酸酯基单体和含双键的酰胺基单体聚合而成；其中，酰胺基单体与碳酸酯基单体的摩尔比为1:5~20；酰胺基单体与碳酸酯基单体的总摩尔量与锂盐的摩尔量之比为1:0.05~0.2。
4、优选的，所述含双键的碳酸酯基单体为碳酸亚乙烯酯（vc）、乙烯基碳酸乙烯酯（vec）和甲基丙烯酸甲酯中的一种以上。
5、优选的，所述含双键的酰胺基单体为丙烯酰胺（am）、n,n-二甲基丙烯酰胺（dmaa）和n,n-亚甲基双丙烯酰胺（mbam）中的一种以上。
6、优选的，所述锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂（litfsi）、双氟磺酰亚胺锂（lifsi）、二氟草酸硼酸锂（lidfob）、高氯酸锂（liclo4）和六氟磷酸锂（lipf6）中的一种以上。
7、优选的，所述酰胺基单体与碳酸酯基单体的摩尔比为1:8~10。
8、优选的，酰胺基单体与碳酸酯基单体的总摩尔量与锂盐的摩尔量之比为1:0.08~0.1。
9、一种本专利技术所述的聚合物固态电解质的制备方法，方法步骤包括：
10、（1）在避光且氧气和水含量均小于1ppm的保护气体氛围中，将含双键的碳酸酯基单体、含双键的酰胺基单体混合，搅拌混合均匀，得到第一溶液；
11、（2）将锂盐与引发剂加入第一溶液中，搅拌充分分散，得到第二溶液；
12、（3）将第二溶液滴加在支撑膜中，待其分布均匀，在60~80℃下加热聚合12~48h得到聚合物固态电解质。
13、优选的，步骤（1）中，所述保护气体为氮气或惰性气体（元素周期表上所有0族元素对应的气体单质）。
14、优选的，步骤（1）中，搅拌时间为0.5~2h。
15、优选的，步骤（1）中含双键的碳酸酯基单体、含双键的酰胺基单体的总质量与步骤（2）中引发剂的质量比为1:0.003~0.01。
16、优选的，步骤（2）中，所述引发剂为偶氮二异丁腈（aibn）或偶氮二异庚腈。
17、优选的，步骤（2）中，搅拌时间为0.5~1h。
18、优选的，步骤（3）中，所述支撑膜为聚乙烯膜、玻璃纤维膜、纤维素膜或聚酰亚胺膜。
19、优选的，步骤（3）中，聚合温度为60~65℃，聚合时间为12~24h。
20、一种本专利技术所述的聚合物固态电解质的应用，所述聚合物固态电解质作为固态锂离子电池的电解质使用。
21、优选的，所述固态锂离子电池包括正极、负极以及介于两者之间的固态电解质；所述负极的活性物质材料为金属锂；所述正极的活性材料为磷酸铁锂（lfp）正极材料。
22、有益效果
23、本专利技术提供了一种聚合物固态电解质，通过两种小分子单体含双键的碳酸酯基单体与含双键的酰胺基单体相互交联，形成交联的聚合物网络，特定用量酰胺基单体的引入，打破了聚碳酸酯基聚合物的分子链的连续性，降低了聚合物分子链的结晶度，同时丰富的酰基（o=c−nh）基团有利于锂盐的解离和li+的转移。所得的聚合物电解质具有较高的离子电导率、较宽的电化学窗口、较高的锂离子迁移数，组装的电池可以在室温下长时间稳定循环。相较于液态电池，由聚合物固态电解质组装的电池能够避免常规锂离子电池存在的漏液、易燃、爆炸等问题，从而改善电池的安全性能。
24、本专利技术提供了一种聚合物固态电解质，离子电导率在30℃时的离子电导率为1×10-2~1×10-4s/cm，起始分解电压为4.0-5.0 v vs. li+/li。
25、本专利技术提供了一种聚合物固态电解质，可以与金属锂负极匹配且稳定循环。聚合物固态电解质可以在金属锂表面形成稳定的固态电解质界面（sei），有利里在负极侧的均匀沉积，提高锂金属电池的循环稳定性。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种聚合物固态电解质，其特征在：包括聚合物和锂盐，所述聚合物由含双键的碳酸酯基单体和含双键的酰胺基单体聚合而成；其中，酰胺基单体与碳酸酯基单体的摩尔比为1:5~20；酰胺基单体与碳酸酯基单体的总摩尔量与锂盐的摩尔量之比为1:0.05~0.2。
2.如权利要求1所述的一种聚合物固态电解质，其特征在：所述含双键的碳酸酯基单体为碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯和甲基丙烯酸甲酯中的一种以上；
3.如权利要求1或2所述的一种聚合物固态电解质，其特征在：所述锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂、高氯酸锂和六氟磷酸锂中的一种以上。
4.如权利要求1或2或3所述的一种聚合物固态电解质，其特征在：所述酰胺基单体与碳酸酯基单体的摩尔比为1:8~10；
5.一种如权利要求1~4任意一项所述的聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于：方法步骤包括：
6.如权利要求5所述的一种聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述保护气体为氮气或惰性气体；搅拌时间为0.5~2h。
7.如权利要求5所述的一种聚
8.如权利要求5所述的一种聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述支撑膜为聚乙烯膜、玻璃纤维膜、纤维素膜或聚酰亚胺膜；聚合温度为60~65℃，聚合时间为12~24h。
9.一种如权利要求1~4任意一项所述的聚合物固态电解质的应用，其特征在于：所述聚合物固态电解质作为固态锂离子电池的电解质使用。
10.如权利要求9所述的所述一种聚合物固态电解质的应用，其特征在于：所述固态锂离子电池包括正极、负极以及介于两者之间的固态电解质；所述负极的活性物质材料为金属锂；所述正极的活性材料为磷酸铁锂正极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种聚合物固态电解质，其特征在：包括聚合物和锂盐，所述聚合物由含双键的碳酸酯基单体和含双键的酰胺基单体聚合而成；其中，酰胺基单体与碳酸酯基单体的摩尔比为1:5~20；酰胺基单体与碳酸酯基单体的总摩尔量与锂盐的摩尔量之比为1:0.05~0.2。
2.如权利要求1所述的一种聚合物固态电解质，其特征在：所述含双键的碳酸酯基单体为碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯和甲基丙烯酸甲酯中的一种以上；
3.如权利要求1或2所述的一种聚合物固态电解质，其特征在：所述锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂、高氯酸锂和六氟磷酸锂中的一种以上。
4.如权利要求1或2或3所述的一种聚合物固态电解质，其特征在：所述酰胺基单体与碳酸酯基单体的摩尔比为1:8~10；
5.一种如权利要求1~4任意一项所述的聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于：方法步骤包括：
6.如权利要求5所述的一种聚合物固态电解...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢赟，万凌毅，苏岳锋，陈来，李皓，赵晨颖，王嘉洋，吴锋，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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