【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池材料，具体涉及一种聚硅氧烷基聚合物固态电解质及其制备方法与应用。
技术介绍
1、锂离子电池由于高比能量、自放电小、长循环寿命、绿色环保等优点，已广泛应用在储能、电动车等领域。目前市面上常用的锂离子电池主要使用液体电解质，而由于电解液本身的特性，使锂离子电池面临两大问题：一方面，由于液体容易泄露、闪点较低、易燃烧、易挥发、有毒性等问题，是锂离子电池燃烧甚至爆炸等安全问题的主要原因，不仅危及人身安全，还增加了电池企业的投资风险；另一方面，使用液体电解液的同时必须使用价格昂贵的隔膜(凝胶电解质除外)，增加了电池成本。
2、与传统锂离子电池使用的液体电解质相比，固态电解质具有可燃性低、热稳定性高、无泄漏、低爆炸危险等优点，其作为固态锂电池的核心部件，可从根本上消除电池因漏液引发的冒烟、起火爆炸等安全隐患，从而极大地提升固态锂电池的安全性。然而，固态电解质与固态电极之间属于固/固接触，不具备润湿性，因而具有更高的接触阻抗，严重地影响了电池的性能。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种聚硅氧烷基聚合物固态电解质，所述聚硅氧烷基聚合物固态电解质能够解决现有固态电解质中界面阻抗较大、室温条件下离子导电率低和力学性能差的问题。
2、本专利技术还提出上述聚硅氧烷基聚合物固态电解质的制备方法。
3、本专利技术还提出一种锂离子电池。
4、根据本专利技术的第一方面，提出了一种
5、所述聚合物基体包括以聚硅氧烷为主链、碳酸酯为支链的梳型聚硅氧烷聚合物；
6、所述填料包括无机内核以及包裹在所述无机内核表面的聚氨酯；
7、所述无机内核包括sio2、al2o3、zro2、tio2和碳纳米管中的至少一种。
8、根据本专利技术的一种具体的实施方式，至少具有以下有益效果：
9、1)本专利技术提供的聚硅氧烷基聚合物固态电解质将聚合物电解质与无机填料结合：一方面，无机填料的加入不仅能够提高电解质的机械强度，还能有效抑制聚合物链段的结晶，增强聚合物主链的灵活性，从而提高电导率；另一方面，根据路易斯酸碱理论，对于呈路易斯碱性的锂盐阴离子来说，呈路易斯酸性的无机填料颗粒与阳离子之间存在竞争性，因此无机填料的加入能够有效降低离子耦合，促进锂盐解离，提高锂离子迁移数；
10、2)本专利技术向聚硅氧烷固态电解质中引入碳酸酯侧链，所述碳酸酯官能团具有强极性，一方面可以促进锂盐的解离，从而有利于提高聚合物电解质中的锂离子浓度；另一方面也起到交联中心作用，提高电解质的机械特性；
11、3)本专利技术在无机内核的表面包覆聚氨酯，即在无机内核表面引入了羟基等官能团，这些官能团能够与聚合物电解质形成非共价键，明显改善了填料和聚合物固态电解质之间的界面相容性，实现了填料在聚合物电解质基体中高比例分散而不发生团聚现象，从而提高了复合固态电解质室温下的离子导电率及机械强度；此外，聚氨酯具有较强的界面粘附能力，可进一步提高固态电解质与固态电极之间的粘接性，改善二者的界面接触性，可极大地降低固/固界面阻抗，从而提高锂离子电池的充放电效率、延长电池的使用寿命并提高电池的能量密度；
12、4)聚氨酯自身具有较高的弹性，因此聚氨酯的加入能够提高固态电解质的弹性，在充放电过程中使固态电解质与电极式中保持紧密的接触，形成稳定的锂离子通道，进而促使固态电池长寿命循环；
13、5)本专利技术选用无机内核作为固态电解质的填料，相比于活性填料，无机惰性填料的成本更低、热稳定性更高且力学性能更好；
14、6)在本专利技术提供的聚硅氧烷基聚合物固态电解质中，离子的传导主要存在三种形式：
15、①在聚合物电解质基体的非晶区域链段间的传导；
16、②在填料和聚合物电解质基体间的传导；
17、③在连续的无机填料颗粒间的传导。
18、在本专利技术的一些实施方式中，所述梳型聚硅氧烷聚合物的主链包括聚甲基氢硅氧烷。
19、在本专利技术的一些实施方式中，所述碳酸酯包括环状碳酸酯。
20、本专利技术选用环状碳酸酯作为聚合物基体的侧链，是因为相对于线性碳酸酯，环状碳酸酯具有更高的沸点、粘度和介电常数，可以提供更好的离子传输性能和电化学稳定性。
21、在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述环状碳酸酯包括碳酸乙烯亚乙酯。
22、所述碳酸乙烯亚乙酯是一种含有碳碳双键的环状碳酸酯，其含有的不饱和键能够与聚硅氧烷中的氢发生硅氢加成反应；硅氢加成反应相对其他加成/接枝方法，反应条件更温和(可在室温下进行)、反应效率较高、副反应较少、催化剂可回收(有助于降低生产成本并避免环境污染)等优点。
23、在本专利技术的一些实施方式中，所述锂盐包括六氟磷酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、二氟甲基磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂和六氟砷酸锂中的至少一种。
24、在本专利技术的一些实施方式中，所述聚硅氧烷基聚合物固态电解质包括以下重量份的原料：聚合物基体50～80份、填料10～30份和锂盐1～15份。
25、在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述聚硅氧烷基聚合物固态电解质包括以下重量份的原料：聚合物基体60～75份、填料15～25份和锂盐6～12份。
26、在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述聚硅氧烷基聚合物固态电解质包括以下重量份的原料：聚合物基体70份、填料20份和锂盐10份。
27、在本专利技术的一些实施方式中，所述聚氨酯与无机内核的质量比为1:(10～30)。
28、在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述聚氨酯与无机内核的质量比为1:(15～25)。
29、根据本专利技术的第二方面，提出了本专利技术第一方面所述聚硅氧烷基聚合物固态电解质的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
30、s1：向多元醇中加入异氰酸酯混匀，再加入扩链剂和催化剂1混匀，充分反应得到聚氨酯预聚体；
31、s2：将步骤s1制得的聚氨酯预聚体与无机内核混匀，得到聚氨酯包覆的无机填料；
32、s3：将聚硅氧烷、碳酸酯和催化剂2混合，反应得到聚合物基体；
33、s4：将步骤s2所得聚氨酯包覆的无机填料、步骤s3所得聚合物基体、锂盐和有机溶剂混合，即得聚硅氧烷基聚合物固态电解质。
34、根据本专利技术的一种具体的实施方式，至少具有以下有益效果：
35、1)本专利技术提供的制备方法通过预聚体法将聚氨酯均匀分散包裹在无机内核表面，这种聚氨酯合成方法反应条件较为温和，无需高温或高压，使得整个制备过程更为安全，也降低了生产能耗；
36、2)所述制备方法中，所述聚合物电解质基体、碳酸酯和锂盐仅需充分混合即得所述固态电解质，该制备方法流程简单、易于操作。
【技术保护点】
1.一种聚硅氧烷基聚合物固态电解质，其特征在于，所述固态电解质包括聚合物基体、填料和锂盐；
2.根据权利要求1所述的聚硅氧烷基聚合物固态电解质，其特征在于，所述梳型聚硅氧烷聚合物的主链包括聚甲基氢硅氧烷。
3.根据权利要求1所述的聚硅氧烷基聚合物固态电解质，其特征在于，所述碳酸酯包括环状碳酸酯；
4.根据权利要求1所述的聚硅氧烷基聚合物固态电解质，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、二氟甲基磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂和六氟砷酸锂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的聚硅氧烷基聚合物固态电解质，其特征在于，所述聚硅氧烷基聚合物固态电解质包括以下重量份的原料：聚合物基体50～80份、填料10～30份和锂盐1～15份；
6.一种如权利要求1～5任一项所述聚硅氧烷基聚合物固态电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述异氰酸酯、多元醇、扩链剂和催化剂1的质量比为(15～45)：(6
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述催化剂2包括Speier's催化剂和Karstedt's催化剂中的至少一种；
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述有机溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和乙腈中的至少一种。
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的制备原料包括如权利要求1～5任一项所述的聚硅氧烷基聚合物固态电解质或权利要求6～9任一项所述的制备方法制备得到的聚硅氧烷基聚合物固态电解质。
...【技术特征摘要】
1.一种聚硅氧烷基聚合物固态电解质，其特征在于，所述固态电解质包括聚合物基体、填料和锂盐；
2.根据权利要求1所述的聚硅氧烷基聚合物固态电解质，其特征在于，所述梳型聚硅氧烷聚合物的主链包括聚甲基氢硅氧烷。
3.根据权利要求1所述的聚硅氧烷基聚合物固态电解质，其特征在于，所述碳酸酯包括环状碳酸酯；
4.根据权利要求1所述的聚硅氧烷基聚合物固态电解质，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、二氟甲基磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂和六氟砷酸锂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的聚硅氧烷基聚合物固态电解质，其特征在于，所述聚硅氧烷基聚合物固态电解质包括以下重量份的原料：聚合物基体50～80份、填料10～30份和锂盐1～15份；
6.一种如权利要求1～5任一项所述聚...
【专利技术属性】
技术研发人员：邵俊华，张利娟，闫志卫，李海杰，龚国斌，闫国锋，王郝为，王亚洲，郭飞，侯红歧，许光，谢佳庆，施晓锋，
申请(专利权)人：湖南法恩莱特新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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