【技术实现步骤摘要】
本申请涉及锂电池材料领域，尤其涉及一种原位聚合固态电解质及其制备方法与应用。
技术介绍
1、二次锂电池已经在各种电子电器领域中占据了重要地位，构筑由大规模锂电池组成的储能设施可以提升能源的高效率储存与再利用。但目前锂电池使用的电解质包括液态电解液、凝胶电解质(即，准固态电解质)以及固态电解质。
2、基于液态电解液的溶剂多为碳酸酯类(碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯)、醚类(乙二醇二甲醚、四氢呋喃)、羧酸酯类(乙酸甲酯)等，该类用于液态电解液的物质易泄露、挥发、分解、爆燃特性使锂电池在储存过程中容易燃烧，因此，热稳定性较差的可燃液态电解液为其大规模储存带来严峻安全隐患。
3、为了解决锂电池大规模储存的安全隐患，使用凝胶电解质(即准固态电解质)或者固态电解质是提升电解质热稳定性与电池安全性的方向之一。
4、固态电解质中原位聚合固态电解质兼具良好电极界面相容性与高热稳定性的优点，使用环状醚、含烯烃类碳酸酯等聚合单体的聚合物电解质离子电导率高、制备方法简易、成本低廉，受到了科研人员的广泛关注，但其热稳定性较差、可燃性较高，难以从根本上提升锂电池的热安全性能。
5、离子液体具有不可燃性、良好的化学与电化学稳定性、优秀的热稳定性和良好的室温离子传导特性,此外,与锂金属负极的兼容性良好。以聚离子液体为基础的聚合物固态电解质(spe)是具备本征安全特性的固态电解质的重要选择之一。
技术实现思路
1、本申请目的在于针对当前技术的不足，提供一种原位聚合固态电解质及
2、第一方面，本申请提供一种原位聚合固态电解质，采用如下技术方案：
3、一种原位聚合固态电解质，按质量份数计，包括以下制备原料：离子液体35-40份、碳酸乙烯亚乙酯35-40份、锂盐25-28份、光引发剂0.05-0.1份。
4、通过采用上述技术方案，离子液体：作为电解质的主要成分，提供高的离子电导率。赋予电解质不可燃性、化学与电化学稳定性。与锂金属负极兼容，有助于形成稳定的电极/电解质界面。提供良好的热稳定性，有助于维持电池在高温下的性能。碳酸乙烯亚乙酯：促进聚合物链段的运动，增加聚合物的柔韧性。降低聚合物的结晶度，抑制结晶，有助于提高电解质的室温离子传输性能。与离子液体共同作用，提高电解质的整体性能。锂盐：提供自由移动的锂离子，是实现离子传导的关键成分。与聚合物基质相互作用，有助于锂盐的解离，进一步提高离子电导率。光引发剂：启动原位聚合反应，使单体转化为聚合物。确保聚合过程在电极表面形成均匀且紧密的电解质层，从而降低界面电阻。离子液体和碳酸乙烯亚乙酯通过原位共聚形成一个均匀的聚合物网络，这个网络结构有利于离子的传输，同时保持了电解质的机械稳定性和柔韧性。高导电性的碳酸乙烯亚乙酯单元与离子液体相结合，优化了电解质的离子传导性和电化学稳定性。锂盐在聚合物基质中的均匀分布和有效解离，提供了足够的锂离子，保证了电解质的高离子电导率。光引发剂使得原位聚合反应在电极表面发生，形成良好的界面接触特性，降低了电极与电解质之间的离子传输阻力。综上所述，本申请的原位聚合固态电解质通过各组份的协同作用，实现了高离子电导率、良好的热稳定性和阻燃性、优异的电化学稳定性以及对锂枝晶生长的抑制能力，从而提高了全固态锂电池的循环稳定性和倍率性能。
5、优选的，所述离子液体为1-乙烯基-3-甲基咪唑双氟磺酰亚胺盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐和3-(3-((2-羟基3-(甲基丙烯酰氧基)丙基)氨基)丙基)-1-甲基-1h-咪唑-3-双(三氟甲烷)磺酰亚胺中的一种。
6、优选的，所述3-(3-((2-羟基3-(甲基丙烯酰氧基)丙基)氨基)丙基)-1-甲基-1h-咪唑-3-双(三氟甲烷)磺酰亚胺的制备方法，包括以下步骤：
7、s31、将10g3-氯丙胺盐酸盐、7.12gn-甲基咪唑和10ml四氢呋喃加入反应器中,在60℃下搅拌48h，反应完全后,将产物溶于20ml去离子水中,用15ml四氢呋喃洗涤3次,得到1-氨基丙基-3-甲基氯化铵溶液；
8、s32、将10g双(三氟甲烷)磺酰胺锂溶于20ml去离子水中,再逐滴加入1-氨基丙基-3-甲基氯化铵溶液,搅拌24h,反应完全后,去离子水洗3次,并在60℃下1000pa真空蒸馏12h，得到产物a；
9、s33、将10g产物a溶于25ml乙醇中,缓慢加入75ml含2.84g甲基丙烯酸缩水甘油酯的乙醇溶液,再在60℃下持续搅24h,待反应完全后,使用旋转蒸发仪除去乙醇,并用正己烷洗涤粗产物3次后,使用乙酸乙酯洗涤3次,得到3-(3-((2-羟基3-(甲基丙烯酰氧基)丙基)氨基)丙基)-1-甲基-1h-咪唑-3-双(三氟甲烷)磺酰亚胺，将3-(3-((2-羟基3-(甲基丙烯酰氧基)丙基)氨基)丙基)-1-甲基-1h-咪唑-3-双(三氟甲烷)磺酰亚胺在30℃下1000pa真空干燥24h,并在4℃冰箱中保存,待用。
10、通过采用上述技术方案，在本申请中，所述的离子液体3-(3-((2-羟基3-(甲基丙烯酰氧基)丙基)氨基)丙基)-1-甲基-1h-咪唑-3-双(三氟甲烷)磺酰亚胺的制备方法涉及多个步骤，其作用及协同作用如下：离子液体作为电解质的主要成分，能够提供高的离子电导率，这是实现固态电解质功能的基础。离子液体的不可燃性和化学稳定性有助于提高电池的安全性，防止电池在异常条件下发生燃烧或爆炸。离子液体与锂金属负极的良好兼容性确保了电解质在电极表面的稳定性，有助于形成稳定的固态电解质/电极界面。所述的3-(3-((2-羟基3-(甲基丙烯酰氧基)丙基)氨基)丙基)-1-甲基-1h-咪唑-3-双(三氟甲烷)磺酰亚胺的制备方法确保了离子液体的纯度和性能，通过特定的反应步骤和洗涤过程，提高了最终产品的质量和性能。
11、优选的，所述锂盐由双(三氟甲烷)磺酰胺锂、六氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂以质量份数比5:3:2混合制得。
12、通过采用上述技术方案，锂盐是电解质中提供自由移动锂离子的关键成分，这些锂离子在电池充放电过程中在正本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种原位聚合固态电解质，其特征在于，按质量份数计，包括以下制备原料：离子液体35-40份、碳酸乙烯亚乙酯35-40份、锂盐25-28份、光引发剂0.05-0.1份。
2.根据权利要求1所述一种原位聚合固态电解质，其特征在于，所述离子液体为1-乙烯基-3-甲基咪唑双氟磺酰亚胺盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐和3-(3-((2-羟基3-(甲基丙烯酰氧基)丙基)氨基)丙基)-1-甲基-1H-咪唑-3-双(三氟甲烷)磺酰亚胺中的一种。
3.根据权利要求2所述一种原位聚合固态电解质，其特征在于，所述3-(3-((2-羟基3-(甲基丙烯酰氧基)丙基)氨基)丙基)-1-甲基-1H-咪唑-3-双(三氟甲烷)磺酰亚胺的制备方法，包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述一种原位聚合固态电解质，其特征在于，所述锂盐由双(三氟甲烷)磺酰胺锂、六氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂以质量份数比5:3:2混合制得。
5.根据权利要求1所述一种原位聚合固态电解质，其特征在于，所述光引发剂由苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰)氧化膦和2,4,6三甲基苯甲酰基苯基
6.一种权利要求1-5任一所述一种原位聚合固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述一种原位聚合固态电解质的制备方法，其特征在于，在步骤S62中，所述紫外光照射的工艺条件为：所述紫外光源与前驱母液的光引发原位聚合距离为大于0且不超过30cm，所述紫外光照射时间为5-10分钟，所述紫外光的功率为0.1-0.2W。
8.根据权利要求7所述一种原位聚合固态电解质的制备方法，其特征在于，所述紫外光的吸收波长为365nm。
9.一种权利要求1-5任一所述一种原位聚合固态电解质在锂电池中的应用。
10.根据权利要求9所述一种原位聚合固态电解质的应用，其特征在于，所述锂电池装配为：将磷酸铁锂、导电炭黑Super P和聚偏氟乙烯按质量比 8:1:1涂覆于20μm厚的铝箔上,在120℃下1000Pa真空烘干,之后直接裁切为直径12mm的圆片待用,活性物质的负载量为4mg/cm2; 在充满氩气的手套箱中,氧气溶度＜0.1ppm，水蒸汽溶度＜0.1ppm，将离子液体和碳酸乙烯亚乙酯混合均匀，再加入锂盐，搅拌10-15分钟,再将光引发剂滴加入，搅拌3-5分钟后，涂覆在磷酸铁锂正极片表面,用功率为0.1-0.2W的365nm紫外光照射时间为5-10分钟后,覆盖贴上锂箔组装成CR2032型固态锂电池。
...【技术特征摘要】
1.一种原位聚合固态电解质，其特征在于，按质量份数计，包括以下制备原料：离子液体35-40份、碳酸乙烯亚乙酯35-40份、锂盐25-28份、光引发剂0.05-0.1份。
2.根据权利要求1所述一种原位聚合固态电解质，其特征在于，所述离子液体为1-乙烯基-3-甲基咪唑双氟磺酰亚胺盐、1-乙烯基-3-乙基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐和3-(3-((2-羟基3-(甲基丙烯酰氧基)丙基)氨基)丙基)-1-甲基-1h-咪唑-3-双(三氟甲烷)磺酰亚胺中的一种。
3.根据权利要求2所述一种原位聚合固态电解质，其特征在于，所述3-(3-((2-羟基3-(甲基丙烯酰氧基)丙基)氨基)丙基)-1-甲基-1h-咪唑-3-双(三氟甲烷)磺酰亚胺的制备方法，包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述一种原位聚合固态电解质，其特征在于，所述锂盐由双(三氟甲烷)磺酰胺锂、六氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂以质量份数比5:3:2混合制得。
5.根据权利要求1所述一种原位聚合固态电解质，其特征在于，所述光引发剂由苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰)氧化膦和2,4,6三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯以质量份数比1:1混合制得。
6.一种权利要求1-5任一所述一种原位聚合固态电解质的制备方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：周实，李蕴娟，蔡崇申，胡毅松，
申请(专利权)人：福建特钠新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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