一种基于聚己内酯的自浸润电解质的制作方法

本发明属于电池材料，具体涉及一种基于聚己内酯的自浸润电解质。

背景技术：

1、在锂离子电池中，采用固态电解质替代传统液态电解质，可以有效规避电解液渗漏问题以及有效缓解锂枝晶造成的短路问题。

2、聚己内酯（pcl）是一种酯基聚合物，其具有良好的柔韧性和可加工性，具有良好的生物相容性和环境友好性，其分子结构具有非键电子，表现出很强的锂盐溶解能力，并且具有较高的电化学稳定窗口，因此被视为是较理想的固态电解质材料而受到广泛关注。

3、但到目前为止，将聚己内酯用作固态电解质材料仍面临一些难以克服的技术障碍。具体来讲，聚己内酯半结晶聚酯，限制了其离子导电性能；此外，聚己内酯热稳定性不佳，与锂盐复合形成隔膜应用于固态锂电池，由于受到热稳定性的限制，其自身优良的电化学特性无法充分发挥。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于聚己内酯的自浸润电解质。本发明的目的在于克服聚己内酯离子导电性和热稳定性不佳的问题，提供一种电化学性能优异，并且适于作为锂离子电池的固态电解质的聚己内酯复合材料。

2、本发明提供的基于聚己内酯的自浸润电解质，包括层状的刚性骨架，以及包覆在刚性骨架两侧并且还浸润至骨架内的包覆基质。其中，刚性骨架为多孔的纤维网络骨架，包覆基质由含聚己内酯和锂盐的混合浆料经真空干燥固化形成，混合浆料在固化前对刚性骨架形成自浸润作用从而包覆在刚性骨架两侧并且渗透至刚性骨架内部。

3、本发明以ε-己内酯为单体，通过微波聚合制备聚己内酯，然后在聚己内酯中加入锂盐混合得到混合浆料，将浆料涂覆在刚性骨架上，混合浆料由于自浸润作用包覆在刚性骨架两侧并且还浸润至骨架内，最后经过真空干燥，混合浆料固化形成与刚性骨架牢固结合的包覆基质。

4、上述过程中，采用一定能量范围的微波辐照制备出改性的聚己内酯，微波是一种弱辐照，可以降低聚合物结晶度，且影响聚合物端基结构。本发明采用微波辐照而非热聚合使ε-己内酯单体聚合，利用微波辐照对聚合物的上述改性作用制备出改性的聚己内酯，从而提高其离子导电性能。此外，由于聚己内酯/锂盐隔膜的热稳定性较差，本发明将其涂覆在刚性骨架上，使其自浸润并结合在刚性骨架上，形成复合电解质，这样能够显著改善聚己内酯/锂盐隔膜热稳定性不佳的问题，同时也能够显著提高该电解质的电化学性能。

5、进一步地，作为上述电解质的改进方案，其刚性骨架为多孔的纤维网络骨架。

6、进一步地，作为上述电解质的改进方案，其刚性骨架由聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、纤维素纤维、玻璃微纤维中的一种制成。

7、进一步地，作为上述电解质的改进方案，在包覆基质中，锂盐为lifsi、litfsi、liclo4·3h2o中的一种。

8、进一步地，作为上述电解质的改进方案，在包覆基质中，聚己内酯与锂盐的氧锂比为12:1、16:1、20:1、24:1或28:1。

9、进一步地，作为上述电解质的改进方案，在包覆基质中，聚己内酯的数均分子量为10000-160000g/mol。

10、进一步地，作为上述电解质的改进方案，在包覆基质中，聚己内酯是以ε-己内酯为单体，在微波反应器中受微波辐照作用发生聚合反应生成的。

11、进一步地，作为上述电解质的改进方案，控制微波反应器的微波功率为560-800w，辐照时间为15-25min。

12、进一步地，作为上述电解质的改进方案，混合浆料经真空干燥箱干燥，固化形成包覆基质。

13、有益效果

14、本发明提供的自浸润复合电解质。该电解质表现出优异的电化学性能，lfp/pcl/li电池在0.1c~1c下的倍率测试表明，其放电比容量的阶梯间隔很小，且放电比容量都较高。其长循环测试表现，在1c，55 ℃条件下，200圈时，容量保持率都在90%以上。这表明pcl基自浸润复合电解质具有优异的长循环稳定性能。而在55 ℃下，其离子电导率超过了10-4scm-1，离子迁移数也很高，并且其电化学稳定窗口为5 v，可以做高压材料的理想电解质。

技术特征：

1.一种基于聚己内酯的自浸润电解质，其特征在于：包括层状的刚性骨架，以及包覆在所述刚性骨架两侧并且还浸润至骨架内的包覆基质；所述包覆基质由含聚己内酯和锂盐的混合浆料干燥固化形成。

2.根据权利要求1所述的基于聚己内酯的自浸润电解质，其特征在于：所述刚性骨架为多孔的纤维网络骨架。

3.根据权利要求2所述的基于聚己内酯的自浸润电解质，其特征在于：所述刚性骨架由聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、纤维素纤维、玻璃微纤维中的一种制成。

4.根据权利要求1所述的基于聚己内酯的自浸润电解质，其特征在于：所述包覆基质中，锂盐为lifsi、litfsi、liclo4·3h2o中的一种。

5.根据权利要求4所述的基于聚己内酯的自浸润电解质，其特征在于：所述包覆基质中，聚己内酯与锂盐的氧锂比为12:1、16:1、20:1、24:1或28:1。

6.根据权利要求4所述的基于聚己内酯的自浸润电解质，其特征在于：所述包覆基质中，聚己内酯的数均分子量为10000-160000g/mol。

7.根据权利要求4所述的基于聚己内酯的自浸润电解质，其特征在于：所述包覆基质中，聚己内酯是以ε-己内酯为单体，在微波反应器中受微波辐照作用发生聚合反应生成的。

8.根据权利要求7所述的基于聚己内酯的自浸润电解质，其特征在于：控制所述微波反应器的微波功率为560-800w，辐照时间为15-25min。

9.根据权利要求1所述的基于聚己内酯的自浸润电解质，其特征在于：所述混合浆料经真空干燥，固化形成所述包覆基质。

技术总结本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种基于聚己内酯的自浸润电解质。本发明提供的基于聚己内酯的自浸润电解质，包括层状的刚性骨架，以及包覆在刚性骨架两侧并且还浸润至骨架内的包覆基质。其中，刚性骨架为多孔的纤维网络骨架，包覆基质由含聚己内酯和锂盐的混合浆料经真空干燥固化形成，混合浆料在固化前对刚性骨架形成自浸润作用从而包覆在刚性骨架两侧并且渗透至刚性骨架内部。本发明的电解质表现出优异的电化学性能，放电比容量的阶梯间隔小，放电比容量高，具有优异的长循环稳定性能，离子迁移数高，并且电化学稳定窗口为5 V，可以做高压材料的理想电解质。技术研发人员：刘敏,张全权,李黎明受保护的技术使用者：合源锂创（苏州）新能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25