【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高性能纤维制备领域，特别涉及一种peo/聚苯并咪唑半互穿网络固态电解质及其制备方法和应用。
技术介绍
1、锂离子电池使用过程中，有机液体电解质通常会存在泄漏、易燃和副反应等安全问题。将电解液和隔膜替换为固态电解质有望克服目前存在的安全问题，并简化电池的制备流程，同时能够匹配锂金属负极电极来实现更高的能量密度。相比于无机固态电解质，聚合物基固态电解质具有易于成膜、柔韧性高和制造工艺简单的优点。特别地，聚环氧乙烷(peo)具有优异的解离锂盐能力、相对较高的离子电导率，以及较为低廉的成本，因此，它被认为是固态电解质理想的聚合物基质。但是，peo较高的结晶度限制了其常温下的离子电导率。升高温度可提高其离子电导率，但是peo熔点低，高温下peo将发生熔融并失去尺寸稳定性，尤其是在高电流密度下的机械强度不足会导致锂枝晶穿透电解质，发生短路危险。因此，需要提高peo基固态电解质的离子电导率、热稳定性和机械强度，以确保其在全固态锂离子中的实际安全应用。
2、通过对peo进行共聚改性或交联可提高其力学强度和稳定性，但是会导致电解质与电极界面的接触性差，且工艺复杂；加入增塑剂虽然能改善界面接触但不利于机械性能的提高；添加无机纳米粒子也是提高peo电解质离子电导率和热稳定性的一种常见方法，但是这种方法通常容易导致团聚的形成，且生产成本较高。相比较而言，聚合物共混是一种操作简便且价廉的方法。此前一些报道将聚碳酸丙二酯和聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物与peo共混，通过聚合物之间的相互作用降低了peo结晶度，提高了peo基电解质的离子电
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种peo/聚苯并咪唑半互穿网络固态电解质及其制备方法和应用，所述peo/聚苯并咪唑半互穿网络的形成不仅在很大程度上提高了固态电解质的力学性能和热稳定性，还进一步破坏了peo的结晶，提高了固态电解质电导率。
2、本专利技术提供了一种peo/聚苯并咪唑半互穿网络固态电解质，通过将聚环氧乙烷peo、聚苯并咪唑以及锂盐共混形成均相混合溶液，并利用其他金属盐对聚苯并咪唑进行配位交联而得。
3、优选的，所述聚环氧乙烷peo为分子量103～106g/mol的peo中的一种或几种。
4、优选的，所述聚苯并咪唑的分子量为5×104～15×104g/mol。其分子结构如下所示：
5、
6、优选的，所述锂盐为高氯酸锂、硝酸锂、六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或几种。
7、优选的，所述其他金属盐的阳离子为zn2+、cu2+、co2+、co3+、ni2+、fe3+、al3+、ag+中的一种或几种；其他金属盐的阴离子为cl-、no3-、so42-、ch3coo-中的一种或几种。
8、本专利技术还提供了一种peo/聚苯并咪唑半互穿网络固态电解质的制备方法，包括如下步骤：
9、(1)将peo、聚苯并咪唑以及锂盐在溶剂中混合，惰性气体保护下搅拌直至形成均匀混合溶液a；
10、(2)在步骤(1)中得到的混合溶液a中加入金属盐，得到混合溶液b；
11、(3)将步骤(2)中得到的混合溶液b放入模具中，完全干燥后得到peo/聚苯并咪唑半互穿网络固态电解质。
12、优选的，所述步骤(1)中的溶剂为二甲基亚砜、n’n-二甲基甲酰胺、n’n-二甲基乙酰胺、二甲基吡咯烷酮中的一种或几种。
13、优选的，所述步骤(1)中peo和聚苯并咪唑在混合溶液a中的质量分数分别为5％～20％和1％～2.5％；peo中氧原子与锂盐中锂离子摩尔比为6:1～20:1。
14、优选的，所述步骤(2)中金属盐的阳离子与聚苯并咪唑中咪唑基团的摩尔比为3:1～12:1。
15、优选的，所述步骤(3)中的干燥方式为鼓风烘箱干燥，干燥温度60℃～100℃，干燥时间为24h～48h。
16、本专利技术还提供了一种peo/聚苯并咪唑半互穿网络固态电解质在全固态锂离子电池中的应用。
17、本专利技术中聚苯并咪唑本身含有咪唑极性基团，可与peo分子链发生相互作用，从而抑制peo结晶，同时聚苯并咪唑本身具有优异的热稳定性，可提高peo基固态电解质高温环境下的热稳定性，并且金属离子交联形成的交联网络可与peo形成半互穿网络结构(如图1所示)，进一步提升固态电解质的热稳定性和高低温力学强度。因此，本专利技术通过简单的手段综合提高了peo基固态电解质的离子电导率、热稳定性以及力学强度，实现了锂离子电池的长效安全，可广泛应用于全固态锂离子电池领域。
18、有益效果
19、(1)本专利技术采用溶液共混方法制备peo/聚苯并咪唑半互穿网络固态电解质，操作简便，成本低，可在不改变peo原有成型工艺的基础上实现。
20、(2)本专利技术利用金属离子交联聚苯并咪唑，在溶液体系中原位构建聚苯并咪唑配位交联网络的手段方便快捷，无需复杂化学反应。
21、(3)本专利技术peo分子链与聚苯并咪唑中极性基团具有氢键相互作用，可抑制peo结晶，提高peo固态电解质的离子电导率。
22、(4)本专利技术聚苯并咪唑本身具有优异的耐高温性能，聚苯并咪唑交联网络可进一步提高固态电解质的耐热稳定性和高低温力学强度。
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1.一种PEO/聚苯并咪唑半互穿网络固态电解质，其特征在于：通过将聚环氧乙烷PEO、聚苯并咪唑以及锂盐共混形成均相混合溶液，并利用其他金属盐对聚苯并咪唑进行配位交联而得。
2.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于：所述聚环氧乙烷PEO为分子量103～106g/mol的PEO中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于：所述聚苯并咪唑的分子量为5×104～15×104g/mol。
4.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于：所述锂盐为高氯酸锂、硝酸锂、六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于：所述其他金属盐的阳离子为Zn2+、Cu2+、Co2+、Co3+、Ni2+、Fe3+、Al3+、Ag+中的一种或几种；其他金属盐的阴离子为Cl-、NO3-、SO42-、CH3COO-中的一种或几种。
6.一种如权利要求1-5所述的PEO/聚苯并咪唑半互穿网络固态电解质的制备方法，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中PEO和聚苯并咪唑在混合溶液A中的质量分数分别为5％～20％和1％～2.5％；PEO中氧原子与锂盐中锂离子摩尔比为6:1～20:1。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中金属盐的阳离子与聚苯并咪唑中咪唑基团的摩尔比为3:1～12:1。
10.一种如权利要求1所述的PEO/聚苯并咪唑半互穿网络固态电解质在全固态锂离子电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种peo/聚苯并咪唑半互穿网络固态电解质，其特征在于：通过将聚环氧乙烷peo、聚苯并咪唑以及锂盐共混形成均相混合溶液，并利用其他金属盐对聚苯并咪唑进行配位交联而得。
2.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于：所述聚环氧乙烷peo为分子量103～106g/mol的peo中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于：所述聚苯并咪唑的分子量为5×104～15×104g/mol。
4.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于：所述锂盐为高氯酸锂、硝酸锂、六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的固态电解质，其特征在于：所述其他金属盐的阳离子为zn2+、cu2+、co2+、co3+、ni2+、fe3+、al3+、ag+中的一种或几种；其他金属盐的阴离子为cl-...
【专利技术属性】
技术研发人员：周丹玲，张清晖，张彦军，王彦，
申请(专利权)人：上海城建职业学院，
类型：发明
国别省市：
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