【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新能源材料，涉及一种固态电解质的制备方法，具体涉及一种同时具备高拉伸强度和高弹性模量的环氧树脂基电解质的制备方法及其应用。
技术介绍
1、轻质电池的开发对于全电化设备及应用具有巨大的潜在价值，包括电动汽车和电动飞机、智能装备、机器人等。随着电池能量密度越来越接近上限，另一种减轻电池重量的策略是创造能够承受结构载荷的储能器件，并作为结构部件的替代品，从而减轻整个系统的重量，这种类型的电池通常被称为“结构电池”，其基本要求是电池本身具有一定的机械强度，作为结构部件的结构化电池能够增加航天器、新能源汽车续航里程，并提高智能装备和军用装备的作战机动性、灵活性。
2、目前结构储能装置已经在实验和数值上得到了证明，可以一定程度上提高电动汽车和飞机等系统的质量效率，并延长其运行时间。与常规锂离子电池不同，目前结构化电池的工艺和电池结构不能用简单物理堆叠的方式，其中最重要的部件之一是具有较高机械强度的电解质，以支撑电池整体，同时具备离子导电能力，以获得电性能。另外，高机械强度的电解质也可以在很大程度上抑制锂金属枝晶的形成，使得锂离子电池获得更高的安全性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种可用于结构电池的高强度电解质的制备方法及其应用，该方法制备的环氧树脂基电解质同时具备高拉伸强度和高弹性模量，与高强度的碳基材料复合，能够赋予电池承载拉升力、剪切力的性能，可用于结构电池和锂离子固态电池。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
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4、步骤一、环氧树脂基前驱体的制备：
5、取环氧树脂和含有金属元素的有机化合物以及固化剂，按照质量比为60～90：5～40：10～30的比例混合均匀后在低温避光环境下保存，待用，其中：
6、全程在充满氩气的手套箱中进行；
7、环氧树脂型号可以是e-44，e-51，e54，e57等中的一种或几种的混合；
8、含有金属元素的有机化合物为乙酰丙酮氧化钛、双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯、乙酰丙酮钼、乙酰丙酮铝、乙酰丙酮钴中的一种或几种；
9、固化剂可以是双酚a、异丙醇、聚碳酸酯和聚酰胺中的一种或几种；
10、步骤二、复合造孔剂的制备：取小分子的液态有机酯类溶剂和低聚合度的含有醚氧基的聚合物，按照质量比为40～70：20～30的比例混合均匀后在低温避光环境下保存，待用，其中：
11、全程在充满氩气的手套箱中进行；
12、小分子的液态有机酯类溶剂可以是碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、甲酸异戊酯和苯甲酸丁酯中的一种或几种；
13、低聚合度的含有醚氧基的聚合物可以是聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇1000、聚乙二醇二丙烯酸酯2000、聚乙二醇二丙烯酸酯4000、聚(乙二醇)二甲基丙烯酸酯中的一种或几种；
14、步骤三、液态电解质的制备：取离子液体和锂盐以及有机溶剂，按照质量比为90～110：40～60：1～10的比例混合均匀，待用，其中：
15、全程在充满氩气的手套箱中进行；
16、离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰基)亚胺(emim-tfsi)、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([bmim][pf6])、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐[c4mim][pf6]、十四烷基三己基膦2-(甲基硫代)苯甲酸([p66614][mtba])、十四烷基三己基膦硫代水杨酸([p66614][ts])中的一种；
17、锂盐为高氯酸锂(liclo4)、四氟硼酸锂(libf4)、六氟砷酸锂(liasf6)、六氟磷酸锂(lipf6)、二草酸硼酸锂(libob)、二氟草酸硼酸锂(lidfob)、双氟磺酰亚胺锂盐(lifsi)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(litfsi)中的一种；
18、有机溶剂为碳酸丙烯酯(pc)、碳酸乙烯酯(ec)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸甲乙酯(emc)中的一种；
19、步骤四、含有复合造孔剂的电解质的制备：
20、步骤四一、将步骤一中的环氧树脂基前驱体和步骤二中的复合造孔剂以质量比为10～40：50～90的比例混合，在剧烈搅拌1000～1500r/min作用下，在40～70℃的条件下第一次高温固化10～45min，获得混合液；
21、步骤四二、将腈基粘合剂加入到步骤四一中第一次高温固化后的环氧树脂基前驱体中，搅拌10～15h，充分搅拌均匀后，将其进行抽滤操作，形成滤饼，将滤饼在40～70℃的条件下第二次高温固化5～45min，获得含有复合造孔剂的电解质，其中：
22、腈基粘合剂的质量占环氧树脂基前驱体质量的1～10％；
23、腈基粘合剂为α-氰基丙烯酸甲酯、腈基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈共聚物中的一种；
24、步骤五、多孔环氧树脂基电解质模板的制备；
25、步骤五一、高温一次造孔：将步骤四获得的含有复合造孔剂的电解质置于55～95℃的高温条件下真空烘干1～6h，获得具有微米连续孔的电解质；
26、步骤五二、高温二次造孔：将具有微米连续孔的电解质置于100～150℃的高温条件下真空烘干1～6h，获得同时具有微米连续孔和纳米连续孔的多孔环氧树脂基电解质模板；
27、步骤六、高强度电解质的制备
28、步骤六一、将步骤三获得的液态电解质滴入步骤五获得的多孔环氧树脂基电解质模板上，二者质量比为50～100：30～80，然后真空静置30～60min将模板中孔隙中的气体抽出，使得液态电解质浸润；
29、步骤六二、在40～60℃温度下静置24～36小时，使得液态电解质完全浸润模板，最终获得同时具有高拉伸强度和高弹性模量的电解质，该电解质可应用在结构电池或者固态锂离子电池中。
30、相比于现有技术，本专利技术具有如下优点：
31、1、本专利技术制备的高强度结构电解质，结合了环氧树脂的高弹性模量和腈基粘合剂的高拉伸强度，使得该电解质同时具备高的弹性模量和抗拉伸能力，其拉伸强度超过了17.9mpa(如图3所示)，远超于常规的锂离子电池隔膜强度和传统聚合物基固态电解质的强度(小于2mpa)，其弹性模量高于5.4gpa(如图4所示)，而传统隔膜和聚合物基电解质几乎不具备弹性模量强度，因此可以赋予结构电池高载荷能力。
32、2、本专利技术制备的高强度结构电解质，采用了复合造孔技术，创造性的通过利用有机物分子的粘度、流动性和与环氧树脂的相容性差异，实现了分级造孔策略，制备出了同时具备微米孔和纳米孔的电解质模板，大幅度提高了电解质的离子导电能力，如图5所示，其离子导电率超过0.8×10-4s/cm，高于传统聚合物基电解质的电导率。
33、3、本专利技术用于结构电池的高强度电解质制备工艺，在现有锂离子本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可用于结构电池的高强度电解质的制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的可用于结构电池的高强度电解质的制备方法，其特征在于所述步骤一、步骤二、步骤三的全程均在充满氩气的手套箱中进行。
3.根据权利要求1所述的可用于结构电池的高强度电解质的制备方法，其特征在于所述步骤一中，环氧树脂型号是E-44，E-51，E54，E57中的一种或几种的混合；含有金属元素的有机化合物为乙酰丙酮氧化钛、双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯、乙酰丙酮钼、乙酰丙酮铝、乙酰丙酮钴中的一种或几种；固化剂是双酚A、异丙醇、聚碳酸酯和聚酰胺中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的可用于结构电池的高强度电解质的制备方法，其特征在于所述步骤二中，小分子的液态有机酯类溶剂是碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、甲酸异戊酯和苯甲酸丁酯中的一种或几种；低聚合度的含有醚氧基的聚合物是聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇1000、聚乙二醇二丙烯酸酯2000、聚乙二醇二丙烯酸酯4000、聚(乙二醇)二甲基丙烯酸酯中的一
5.根据权利要求1所述的可用于结构电池的高强度电解质的制备方法，其特征在于所述步骤三中，离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰基)亚胺(EMIM-TFSI)、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIM][PF6])、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐[C4mim][PF6]、十四烷基三己基膦2-(甲基硫代)苯甲酸([P66614][MTBA])、十四烷基三己基膦硫代水杨酸([P66614][Ts])中的一种；锂盐为高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、六氟磷酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂盐、双三氟甲基磺酰亚胺锂中的一种；有机溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的一种。
6.根据权利要求1所述的可用于结构电池的高强度电解质的制备方法，其特征在于所述步骤四一中，搅拌转速为1000～1500r/min，第一次高温固化的温度为40～70℃，时间为10～45min；步骤四二中，搅拌时间为10～15h，腈基粘合剂为α-氰基丙烯酸甲酯、腈基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈共聚物中的一种，第二次高温固化的温度为40～70℃，时间为5～45min。
7.根据权利要求1所述的可用于结构电池的高强度电解质的制备方法，其特征在于所述步骤五中，真空烘干时间均为1～6h。
8.根据权利要求1所述的可用于结构电池的高强度电解质的制备方法，其特征在于所述步骤六一中，真空静置的时间为30～60min；步骤六二中，静置时间为24～36小时。
9.一种权利要求1-8任一项所述方法制备的高强度电解质。
10.一种权利要求1-8任一项所述方法制备的高强度电解质在结构电池或者固态锂离子电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种可用于结构电池的高强度电解质的制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的可用于结构电池的高强度电解质的制备方法，其特征在于所述步骤一、步骤二、步骤三的全程均在充满氩气的手套箱中进行。
3.根据权利要求1所述的可用于结构电池的高强度电解质的制备方法，其特征在于所述步骤一中，环氧树脂型号是e-44，e-51，e54，e57中的一种或几种的混合；含有金属元素的有机化合物为乙酰丙酮氧化钛、双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯、乙酰丙酮钼、乙酰丙酮铝、乙酰丙酮钴中的一种或几种；固化剂是双酚a、异丙醇、聚碳酸酯和聚酰胺中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的可用于结构电池的高强度电解质的制备方法，其特征在于所述步骤二中，小分子的液态有机酯类溶剂是碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、甲酸异戊酯和苯甲酸丁酯中的一种或几种；低聚合度的含有醚氧基的聚合物是聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇1000、聚乙二醇二丙烯酸酯2000、聚乙二醇二丙烯酸酯4000、聚(乙二醇)二甲基丙烯酸酯中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的可用于结构电池的高强度电解质的制备方法，其特征在于所述步骤三中，离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰基)亚胺(emim-tfsi)、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([bmim][pf6])、1-丁基-3...
【专利技术属性】
技术研发人员：王家钧，安汉文，王泽宜，李梦璐，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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