本申請屬于固態(tài)聚合物電解質(zhì)，特別涉及一種單離子傳導(dǎo)固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜及其制備方法、鋰電池。
背景技術(shù)：
1、鋰金屬電池憑借能量密度高的優(yōu)勢，成為長續(xù)航電動汽車和便攜式電子設(shè)備儲能領(lǐng)域的最佳候選方案之一。然而，傳統(tǒng)鋰金屬電池使用的液態(tài)電解質(zhì)易與鋰金屬化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致鋰金屬電池面臨安全問題并降低循環(huán)壽命。因此，抑制電解質(zhì)與鋰金屬的化學(xué)反應(yīng)備受關(guān)注。
2、固態(tài)聚合物電解質(zhì)能夠從根本上減少與鋰金屬反應(yīng)，使得鋰金屬電池具備更高的循環(huán)效率和安全性能，已然成為推動鋰金屬電池商業(yè)化應(yīng)用的主要研究方向。然而，現(xiàn)有的固態(tài)聚合物電解質(zhì)大多是雙離子導(dǎo)體，由于鋰離子和陰離子雙向遷移可造成界面濃差極化，導(dǎo)致鋰離子遷移數(shù)低的同時，還會造成更高的內(nèi)阻和放電電壓，使得鋰金屬電池的長期穩(wěn)定循環(huán)性能不佳。
3、因此，如何提高鋰離子的遷移數(shù)并避免界面濃差極化，保證鋰金屬電池的循環(huán)穩(wěn)定性成為本領(lǐng)域亟待解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本申請通過公開一種單離子傳導(dǎo)固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜及其制備方法、鋰電池，有效解決了現(xiàn)有固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜所存在的鋰離子遷移數(shù)低以及電池內(nèi)阻和放電電壓高的技術(shù)問題。
2、為了達(dá)成上述目的，本申請采用的技術(shù)方案是：
3、本申請的第一方面提供了一種單離子傳導(dǎo)固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜，本發(fā)明單離子傳導(dǎo)固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜包含聚合物靜電紡絲膜；
4、所述聚合物靜電紡絲膜的孔隙內(nèi)和外表面均復(fù)合有固態(tài)聚合物電解質(zhì)，所述固態(tài)聚合物電解質(zhì)的前驅(qū)體溶液含有以下組分：
5、(a)烯基硼酸酯化合物1~5wt%；????(b)含氟丙烯酸酯單體5~10wt%；
6、(c)交聯(lián)劑1~5wt%；??????????????(d)余量的鋰鹽電解液。
7、根據(jù)第一方面的公開，所述聚合物靜電紡絲膜的物質(zhì)成分包含可紡聚合物和羧基纖維素；
8、所述可紡聚合物與所述羧基纖維素的質(zhì)量比為100:(10~20)。
9、根據(jù)第一方面的公開，所述可紡聚合物選自聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸酯、聚酰亞胺和聚丙烯酰胺中的至少一種；
10、和/或，所述羧基纖維素選自羧甲基纖維素、羧乙基纖維素和羧丙基纖維素中的至少一種。
11、根據(jù)第一方面的公開，所述烯基硼酸酯化合物為式1所示：
12、????式1；
13、和/或，所述含氟丙烯酸酯單體選自甲基丙烯酸三氟乙酯、2,2,3,3,3-甲基丙烯酸五氟丙酯和2,2,3,3,4,4,4-七氟丁基甲基丙烯酸酯中的至少一種；
14、和/或，所述交聯(lián)劑選自乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯和 n,n'-亞甲基雙丙烯酰胺中的至少一種；
15、和/或，所述鋰鹽電解液包含有機(jī)溶劑和含氟有機(jī)鋰鹽；
16、所述有機(jī)溶劑選自四乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚中的至少一種；
17、所述含氟有機(jī)鋰鹽選自雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰中的至少一種。
18、根據(jù)第一方面的公開，所述交聯(lián)劑選為 n,n'-亞甲基雙丙烯酰胺和乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯按質(zhì)量比為1:(0.25~4)的組合。
19、根據(jù)第一方面的公開，所述單離子導(dǎo)體固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜的厚度為20~120μm。
20、本申請的第二方面還公開了上文所述單離子傳導(dǎo)固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜的制備方法，其步驟包含：
21、制備聚合物靜電紡絲膜；
22、使所述聚合物靜電紡絲膜被所述前驅(qū)體溶液充分浸潤后，引發(fā)光交聯(lián)聚合反應(yīng)，即得單離子傳導(dǎo)固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜。
23、根據(jù)第二方面的公開，使用所述前驅(qū)體溶液浸潤所述聚合物靜電紡絲膜時，所述前驅(qū)體溶液與所述聚合物靜電紡絲膜的質(zhì)量面積比為(0.5~1)g?:(15~50)cm2。
24、根據(jù)第二方面的公開，所述制備聚合物靜電紡絲膜的靜電紡絲參數(shù)含有：電壓為15~20kv、針尖至接收器距離為10~15cm、滾筒轉(zhuǎn)速為500~1000rpm、溶液的推送速率為0.96~1.44ml/h。
25、本申請的第三方面還公開了一種鋰電池，其包含本發(fā)明所述單離子傳導(dǎo)固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜。
26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請的優(yōu)點(diǎn)或有益效果至少包括：
27、本發(fā)明提供的單離子傳導(dǎo)固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜通過設(shè)置基于所述前驅(qū)體組分的固態(tài)聚合物電解質(zhì)，并將該固態(tài)聚合物電解質(zhì)填充于聚合物靜電紡絲膜的孔隙以及覆蓋其外表面，從而有效解耦了固態(tài)聚合物電解質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度與鋰離子電導(dǎo)率之間的掣肘關(guān)系，使制備的固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜的性能協(xié)同增強(qiáng)，不僅大幅提高了鋰離子的遷移數(shù)，而且有效抑制了濃差極化，達(dá)到了降低內(nèi)阻和提升高壓穩(wěn)定性的作用，可保證鋰電池的長期穩(wěn)定循環(huán)。
1.一種單離子傳導(dǎo)固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜，其特征是，包含聚合物靜電紡絲膜；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單離子傳導(dǎo)固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜，其特征是，所述聚合物靜電紡絲膜的物質(zhì)成分包含可紡聚合物和羧基纖維素；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單離子傳導(dǎo)固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜，其特征是，所述可紡聚合物選自聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸酯、聚酰亞胺和聚丙烯酰胺中的至少一種；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單離子傳導(dǎo)固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜，其特征是，所述烯基硼酸酯化合物為式1所示：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單離子傳導(dǎo)固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜，其特征是，所述交聯(lián)劑選為n,n'-亞甲基雙丙烯酰胺和乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯按質(zhì)量比為1:(0.25~4)的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~5任一所述的單離子傳導(dǎo)固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜，其特征是，所述單離子傳導(dǎo)固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜的厚度為20~120μm。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1~6任一所述單離子傳導(dǎo)固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜的制備方法，其特征是，包含：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征是，使用所述前驅(qū)體溶液浸潤所述聚合物靜電紡絲膜時，所述前驅(qū)體溶液與所述聚合物靜電紡絲膜的質(zhì)量面積比為(0.5~1)g?:(15~50)cm2。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征是，制備所述聚合物靜電紡絲膜的靜電紡絲參數(shù)含有：電壓為15~20kv、針尖至接收器距離為10~15cm、滾筒轉(zhuǎn)速為500~1000rpm、溶液的推送速率為0.96~1.44ml/h。
10.一種鋰電池，其特征是，包含權(quán)利要求1~6任一所述的單離子傳導(dǎo)固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜。