【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及聚合物，具体涉及一种硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质、制备方法及应用。
技术介绍
1、近年来，随着新能源汽车的快速发展，人们对其电池的续航能力的要求也越来越高。锂金属电池使用锂金属作为负极，具有极高的理论比容量(3860mah g-1)和能量密度，因此被认为是最有前景的储能设备之一。然而由于锂金属具有极高的反应活性，其与传统有机液体电解液接触时会发生严重的副反应，导致电解质/电极界面层不稳定和锂枝晶的形成。锂枝晶可能会刺穿隔膜，导致电池短路甚至起火爆炸，严重限制了锂金属电池的实际应用。针对锂金属电池的安全问题，研发聚合物电解质(pes)是一种有效提高安全性的解决方案。但是聚合物电解质一般是将锂盐溶解在聚合物基体中，溶解成阴离子和溶剂化的锂离子，在电池工作过程中，阴离子和锂离子分别向相反方向迁移。由于锂离子与聚合物链段耦合，其迁移能力远低于阴离子，因此导致锂离子迁移数较低，阴离子在电极侧大量累积，造成电池内部形成浓差极化，电池内阻增加，并且容易诱导锂枝晶的成核和生长。
2、单离子导体聚合物电解质是一类具有较高锂离子迁移数的聚合物电解质。在单离子导体聚合物电解质中，阴离子通常通过共价键或者阴离子受体(非共价键)固定在聚合物骨架上，因此阴离子的移动受到限制，避免了电池内部浓度梯度的形成，进而抑制锂枝晶的生长。然而，阴离子的固定也会导致单离子导体聚合物电解质中自由离子浓度降低，因此造成离子电导率下降。单离子导体凝胶聚合物电解质结合了单离子导体聚合物电解质高锂离子迁移数和凝胶聚合物电解质高离子电导率的优点。此
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术存在的问题提供一种硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质、制备方法及应用。
2、本专利技术采用的技术方案是：
3、一种硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质，聚合物电解质为官能团化锂盐单体和环氧端基聚醚原位聚合反应得到；
4、其中官能团化锂盐单体为sp3杂化硼酸锂盐，环氧端基聚醚为含环氧端基和醚键的链段。
5、进一步的，所述sp3杂化硼酸锂盐为以下结构中的任意一种：
6、
7、进一步的，所述环氧端基聚醚为以下结构中的一种或两种及以上以任意比例混合构成：
8、
9、其中，a、b、c为≥1的整数，d为2～8的整数。
10、进一步的，所述聚合物电解质中还包括增塑剂；增塑剂为γ-丁内酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和氟代碳酸甲乙酯中的一种或两种及以上以任意比例混合得到。
11、进一步的，所述官能团化锂盐单体、环氧端基聚醚和增塑剂按质量分数计依次为：
12、官能团化锂盐单体10～67％、环氧端基聚醚10～55％、增塑剂10～92％。
13、一种硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：
14、官能团化锂盐单体和环氧端基聚醚溶于溶剂中，充分混合均匀后，形成混合溶液；在55～90℃条件下原位聚合1～24h即可得到所需硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质。
15、进一步的，官能团化锂盐单体和环氧端基聚醚溶于增塑剂中，增塑剂为γ-丁内酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和氟代碳酸甲乙酯中的一种或两种及以上以任意比例混合得到。
16、进一步的，混合溶液在多孔膜表面或内部原位聚合，得到所需硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质。
17、进一步的，所述多孔膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布、玻璃纤维膜、纤维素膜、聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜中的一种。
18、一种硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质的应用，所述硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质用于锂电池中。
19、本专利技术的有益效果是：
20、(1)本专利技术得到的聚合物电解质以官能团化的锂盐为交联中心，通过化学键将锂盐固定在聚合物链交联网络中，限制阴离子的移动，使单离子导体凝胶聚合物电解质用于锂金属电池中时，仅有锂离子在电解质中移动；
21、(2)本专利技术得到的聚合物电解质大大降低了阴离子的迁移能力，避免电池内部形成浓差极化，抑制锂枝晶的生长；并且结合了单离子导体聚合物的高锂离子迁移数的优势和凝胶聚合物电解质高离子电导率的优势，提高了电池的电化学性能和电池性能；
22、(3)本专利技术制备过程中无需使用催化剂和引发剂，通过环氧基团和氨基自交联即可得到，制备方法简单，原料价格低廉，与现有的工业化电池生产制备工艺匹配，能够快速实现大规模工业化生产；
23、(4)本专利技术得到的硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质与锂金属负极的界面相容性良好，可以实现均匀的锂沉积/剥离，所以采用硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质制备得到的锂金属电池具有良好的安全性和循环寿命。
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1.一种硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质，其特征在于，聚合物电解质为官能团化锂盐单体和环氧端基聚醚原位聚合反应得到；
2.根据权利要求1所述的一种硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述SP3杂化硼酸锂盐为以下结构中的任意一种：
3.根据权利要求1所述的一种硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述环氧端基聚醚为以下结构中的一种或两种及以上以任意比例混合构成：
4.根据权利要求1所述的一种硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述聚合物电解质中还包括增塑剂；增塑剂为γ-丁内酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和氟代碳酸甲乙酯中的一种或两种及以上以任意比例混合得到。
5.根据权利要求4所述的一种硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述官能团化锂盐单体、环氧端基聚醚和增塑剂按质量分数计依次为：
6.如权利要求1～5任一所述硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根
8.根据权利要求6所述的一种硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于，混合溶液在多孔膜表面或内部原位聚合，得到所需硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质。
9.根据权利要求8所述的一种硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于，所述多孔膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯无纺布、玻璃纤维膜、纤维素膜、聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜中的一种。
10.如权利要求1～5任一所述硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质的应用，其特征在于，所述硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质用于锂电池中。
...【技术特征摘要】
1.一种硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质，其特征在于，聚合物电解质为官能团化锂盐单体和环氧端基聚醚原位聚合反应得到；
2.根据权利要求1所述的一种硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述sp3杂化硼酸锂盐为以下结构中的任意一种：
3.根据权利要求1所述的一种硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述环氧端基聚醚为以下结构中的一种或两种及以上以任意比例混合构成：
4.根据权利要求1所述的一种硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述聚合物电解质中还包括增塑剂；增塑剂为γ-丁内酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和氟代碳酸甲乙酯中的一种或两种及以上以任意比例混合得到。
5.根据权利要求4所述的一种硼酸锂盐型单离子导体凝胶聚合物电解质，其特征在于，所述官能团化锂盐单体、环氧端基聚醚和增塑剂按质量分数计依次为：
6.如权利要求1～5任一所述硼酸锂盐型...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪秀丽，段平慧，吴刚，余佳岭，王玉忠，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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