本發(fā)明屬于固態(tài)鋰金屬電池，具體涉及一種自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用、固態(tài)鋰金屬電池。
背景技術(shù)：
1、近年來(lái)，隨著電動(dòng)汽車(ev)的逐步發(fā)展，鋰金屬電池受到了廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)的鋰離子電池不同，鋰金屬電池(lmbs)使用鋰金屬代替石墨作為陽(yáng)極，鋰金屬具有較高的理論比容量(3860mah·g-1)和較低的電化學(xué)負(fù)電位(相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極為-3.04v)，從而產(chǎn)生更高的能量密度(超過(guò)300wh/kg)。令人沮喪的是，傳統(tǒng)有機(jī)液體電解質(zhì)的安全問(wèn)題限制了鋰金屬電池的進(jìn)一步發(fā)展，電解液與金屬鋰劇烈的副反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致鋰枝晶的產(chǎn)生，枝晶刺穿隔膜后會(huì)使電池面臨短路、起火甚至爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。而且，電解液中的有機(jī)小分子自身的高度可燃性也極大地增加了電池的安全隱患。
2、為了解決目前液態(tài)鋰金屬電池面臨的問(wèn)題，固態(tài)鋰金屬電池應(yīng)運(yùn)而生。通過(guò)用無(wú)泄漏和高能量密度的固態(tài)電解質(zhì)(sse)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電解質(zhì)，鋰金屬電池的安全性和能量密度大大提高。在固態(tài)電解質(zhì)中，固體聚合物電解質(zhì)(spe)因其優(yōu)異的機(jī)械性能和易于加工性而被認(rèn)為是大規(guī)模工業(yè)化的有前景的候選者。然而，目前常用的聚合物基體(如聚氧化乙烯peo)，與明火接觸后不具備自熄的能力，仍具有燃燒的風(fēng)險(xiǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用、固態(tài)鋰金屬電池。本發(fā)明的自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)，阻燃性好。
2、本發(fā)明提供了一種自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)，包括烯腈類物質(zhì)、含不飽和碳碳雙鍵的磷酸酯和交聯(lián)劑經(jīng)聚合形成的交聯(lián)聚合物骨架，以及分散在所述交聯(lián)聚合物骨架中的丁二腈、磷酸三乙酯和鋰鹽。
3、優(yōu)選的，所述含不飽和碳碳雙鍵的磷酸酯包括乙烯基膦酸二甲酯、乙烯基膦酸二乙酯、乙烯基膦酸和烯丙基磷酸二甲酯中的一種或多種。
4、優(yōu)選的，所述烯腈類物質(zhì)和含不飽和碳碳雙鍵的磷酸酯的質(zhì)量比為(0.1～2):1。
5、優(yōu)選的，所述丁二腈和含不飽和碳碳雙鍵的磷酸酯的質(zhì)量比為(0.1～6):2。
6、優(yōu)選的，所述磷酸三乙酯和丁二腈的質(zhì)量比為(0.1～2):5。
7、優(yōu)選的，所述鋰鹽包括高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、硝酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、雙二氟磺酰亞胺鋰、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、氟化鋰和二氟磷酸鋰中的一種或多種，所述鋰鹽和丁二腈的質(zhì)量比為(0.1～2):1。
8、優(yōu)選的，所述交聯(lián)劑包括乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、n,n-亞甲基雙丙烯酰胺、三烯丙基異三聚氰酸酯和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯中的一種或多種。
9、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述的自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)的制備方法，包括以下步驟：
10、將烯腈類物質(zhì)、含不飽和碳碳雙鍵的磷酸酯、丁二腈、磷酸三乙酯、鋰鹽、交聯(lián)劑和引發(fā)劑混合，進(jìn)行光輻射聚合，得到所述自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)。
11、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述的自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)或上述制備方法得到的自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)在固態(tài)鋰金屬電池中的應(yīng)用。
12、本發(fā)明還提供了一種固態(tài)鋰金屬電池，包括正極材料、自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)和負(fù)極材料；
13、所述自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)為上述技術(shù)方案所述的自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)或上述制備方法得到的自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)。
14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
15、本發(fā)明提供了一種自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)，包括烯腈類物質(zhì)、含不飽和碳碳雙鍵的磷酸酯和交聯(lián)劑經(jīng)聚合形成的交聯(lián)聚合物骨架，以及分散在所述交聯(lián)聚合物骨架中的丁二腈、磷酸三乙酯和鋰鹽。
16、本發(fā)明的自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)，具有不飽和雙鍵的烯腈類物質(zhì)和含不飽和碳碳雙鍵的磷酸酯(不飽和磷酸酯)聚合形成電解質(zhì)的聚合物骨架，烯腈類物質(zhì)含有氮元素，不飽和磷酸酯含有磷元素，本發(fā)明將可以協(xié)同阻燃的烯腈類物質(zhì)和不飽和磷酸酯引入聚合物骨架，同時(shí)將具有不燃特性的丁二腈和具有阻燃作用的磷酸三乙酯引入聚合物骨架中，實(shí)現(xiàn)了雙重阻燃效果，在接觸明火后可以迅速自熄，無(wú)持續(xù)燃燒現(xiàn)象發(fā)生，阻燃性好。而且，本發(fā)明的電解質(zhì)原料包括烯腈類物質(zhì)和丁二腈，含具有超高抗氧化性的氰基官能團(tuán)，制得的自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)具有優(yōu)異的耐高電壓性能，電化學(xué)窗口可達(dá)4.8v，可匹配含高鎳的ncm811正極。將本發(fā)明的自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)應(yīng)用于鋰金屬電池，高電壓li||ncm811電池循環(huán)100圈后容量保持率可達(dá)90％，循環(huán)穩(wěn)定性好。
17、本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述的自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)的制備方法，通過(guò)光輻射引發(fā)雙鍵聚合，操作簡(jiǎn)單，原料來(lái)源豐富，成本低廉，為實(shí)現(xiàn)高安全性的聚合物電解質(zhì)的產(chǎn)業(yè)化提供了新思路。
1.一種自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)，其特征在于，包括烯腈類物質(zhì)、含不飽和碳碳雙鍵的磷酸酯和交聯(lián)劑經(jīng)聚合形成的交聯(lián)聚合物骨架，以及分散在所述交聯(lián)聚合物骨架中的丁二腈、磷酸三乙酯和鋰鹽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)，其特征在于，所述含不飽和碳碳雙鍵的磷酸酯包括乙烯基膦酸二甲酯、乙烯基膦酸二乙酯、乙烯基膦酸和烯丙基磷酸二甲酯中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)，其特征在于，所述烯腈類物質(zhì)和含不飽和碳碳雙鍵的磷酸酯的質(zhì)量比為(0.1～2):1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)，其特征在于，所述丁二腈和含不飽和碳碳雙鍵的磷酸酯的質(zhì)量比為(0.1～6):2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)，其特征在于，所述磷酸三乙酯和丁二腈的質(zhì)量比為(0.1～2):5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)，其特征在于，所述鋰鹽包括高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、硝酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、雙二氟磺酰亞胺鋰、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、氟化鋰和二氟磷酸鋰中的一種或多種，所述鋰鹽和丁二腈的質(zhì)量比為(0.1～2):1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)，其特征在于，所述交聯(lián)劑包括乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、n,n-亞甲基雙丙烯酰胺、三烯丙基異三聚氰酸酯和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯中的一種或多種。
8.權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述的自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
9.權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述的自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)或權(quán)利要求8所述的制備方法得到的自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)在固態(tài)鋰金屬電池中的應(yīng)用。
10.一種固態(tài)鋰金屬電池，其特征在于，包括正極材料、自支撐阻燃聚合物電解質(zhì)和負(fù)極材料；