CN117374383A - 一种锂金属电池共晶固态电解质及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种锂金属电池共晶固态电解质及其制备方法和应用，属于锂金属电池技术领域。本发明提供的锂金属电池共晶固态电解质的制备方法，包括以下步骤：在惰性气体氛围下，将共晶溶剂、酯类单体和引发剂混合，得到混合溶液；所述共晶溶剂为五元环酯和锂盐的二元共晶溶剂；或者，所述共晶溶剂为五元环酯、锂盐和丁二腈的三元共晶溶剂；在惰性气体氛围下，将隔膜浸渍在得到的混合溶液中后进行聚合反应，得到锂金属电池共晶固态电解质。本发明锂金属电池共晶固态电解质是固态电解质，而不是凝胶电解质，其离子电导率在室温下为0.265～0.467mS·cm‑1；组装而成的全电池具有较高的容量以及较好的循环稳定性；且原材料来源广泛、制备过程简单、成本低、绿色环保、适合规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及锂金属电池技术领域，尤其涉及一种锂金属电池共晶固态电解质及其制备方法和应用。
背景技术
锂金属电池已经成为日常生活中使用的主要储能设备。然而，随着电动车、便携式设备和各种柔性可穿戴设备的快速发展，对质量轻、体积更小、输出电压和能量密度更高的电池的需求不断扩大。但由于锂金属电池使用传统的液态电解质不可避免的会出现锂枝晶，因此限制了其商业应用。
共晶溶剂，也就是至少含有两种物质(室温下均为固体)的混合物，其中混合物的熔点低于其中任一物质的熔点。由于共晶溶剂室温下为固体，将其与聚合物制备成固态电解质时，可以避免出现液态电解质的锂枝晶的问题。而且，共晶溶剂具有离子液体大部分的特点，如热稳定性、宽的电化学窗口、低蒸气压、优异的调节性和较高的离子电导率。同时，共晶溶剂又比离子液体溶剂具有更加明显的优势，如制备简单、低成本和无毒性。因此，理论上固态电解质可以替代传统的液态电解质。但是，由于离子传输在固态电解质相对于液态电解质较为困难，因而固态电解质的离子电导率相对较低，而离子电导率是衡量电池电性能的一个重要指标，反映了电池内部离子的迁移速率，对电池的性能具有重要影响。例如，公开号为CN112687959A的发明专利公开了一种固态电解质的制备方法、固态电解质及固态电池，但是其制备的固态电解质的离子电导率在最高仅为3.6×10-6S·cm-1，仍然处于一个较低的水平，导致电池内阻较大，限制了固态电解质在锂金属电池中的应用。
因此，亟需提供一种锂金属电池共晶固态电解质的制备方法，使其制备的锂金属电池共晶固态电解质能够具有较高的离子电导率，在用于锂金属电池时可以使锂金属电池具有较高的容量和循环稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂金属电池共晶固态电解质及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法制备的锂金属电池共晶固态电解质具有较高的离子电导率，且组装的锂离子二次电池具有较高的容量和循环稳定性。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种锂金属电池共晶固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
(1)在惰性气体氛围下，将共晶溶剂、酯类单体和引发剂混合，得到混合溶液；所述共晶溶剂为五元环酯和锂盐的二元共晶溶剂；或者，所述共晶溶剂为五元环酯、锂盐和丁二腈的三元共晶溶剂；
(2)在惰性气体氛围下，将隔膜浸渍在所述步骤(1)得到的混合溶液中后进行聚合反应，得到锂金属电池共晶固态电解质。
优选地，当所述步骤(1)中的共晶溶剂为二元共晶溶剂时，所述五元环酯、锂盐、酯类单体和引发剂的质量之比为(1～5)：(0.1～10)：(0.1～10)：(0.0001～0.5)；当所述步骤(1)中的共晶溶剂为三元共晶溶剂时，五元环酯、锂盐、丁二腈、酯类单体和引发剂的质量之比为(0.1～10)：(0.1～20)：(0.1～10)：(0.1～10)：(0.0001～0.5)。
优选地，所述步骤(1)中混合的温度为室温，混合的时间为5～60min。
优选地，所述步骤(1)中五元环酯由含五元环结构且熔点低于100℃的单体经聚合得到。
优选地，所述步骤(1)中的锂盐包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、高氯酸锂、六氟磷酸锂和六氟砷酸锂中的一种或多种。
优选地，所述步骤(1)中的酯类单体包括丙烯酸酯或碳酸酯。
优选地，所述步骤(1)中的引发剂为偶氮二异丁腈。
优选地，所述步骤(2)中聚合反应的温度为50～100℃，聚合反应的时间为0.5～12h。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的锂金属电池共晶固态电解质。
本发明还提供了上述技术方案所述的锂金属电池共晶固态电解质在锂离子二次电池中的应用。
本发明提供了一种锂金属电池共晶固态电解质的制备方法，包括以下步骤：(1)在惰性气体氛围下，将共晶溶剂、酯类单体和引发剂混合，得到混合溶液；所述共晶溶剂为五元环酯和锂盐的二元共晶溶剂；或者，所述共晶溶剂为五元环酯、锂盐和丁二腈的三元共晶溶剂；(2)在惰性气体氛围下，将隔膜浸渍在所述步骤(1)得到的混合溶液中后进行聚合反应，得到锂金属电池共晶固态电解质。本发明锂金属电池共晶固态电解质中的五元环酯和锂盐能够形成二元共晶溶剂，同时，五元环酯和锂盐以及丁二腈能形成三元共晶溶剂，以上二元或三元共晶溶剂能够使锂金属电池的正极(例如钴酸锂和镍钴锰酸锂三元材料)在高压下具有较好的稳定性，同时使锂盐中的锂离子在固态电解质中具有良好的扩散速率，从而使固态电解质具有较高的离子电导率，进而保证锂电池充放电过程中具有较高容量和循环稳定性；添加酯类单体和引发剂能够原位聚合形成二元或三元共晶固态电解质；其中，丁二腈、五元环酯和锂盐在室温下均为固体，因此聚合而成的电解质是固态电解质，而不是凝胶电解质。另外，本发明制备方法制备的固态电解质的原材料来源广泛、制备过程简单、成本低、绿色环保、适合规模化生产，可应用于锂金属二次电池中。
实施例的结果表明，本发明提供的制备方法制备得到的锂金属电池共晶固态电解质的离子电导率在室温下为0.265～0.467mS·cm-1(相对于现有技术固态电解质的离子电导率提高两个数量级)；利用本发明制备方法制备得到的锂金属电池共晶固态电解质用于组装扣式电池，组装好的扣式电池的电流密度为0.5C，对应的NCM811的理论容量是200mAh·g-1，电压窗口是2.5～4.8V，且在0.5C下循环，在第20圈时其容量为164.2mAh·g-1，具有较高的容量以及较好的循环稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例2制备的锂金属电池(二元)共晶固态电解质的室温条件下的阻抗谱图；
图2为本发明实施例5制备的锂金属电池(三元)共晶固态电解质在室温条件下的阻抗谱图；
图3为本发明应用例5制备的扣式电池的LSV谱图；
图4为本发明应用例5制备的扣式电池在0.5C下第五圈充放电曲线图；
图5为本发明应用例5制备的扣式电池在0.5C下全电池循环图。
具体实施方式
本发明提供了一种锂金属电池共晶固态电解质的制备方法，包括以下步骤：
(1)在惰性气体氛围下，将共晶溶剂、酯类单体和引发剂混合，得到混合溶液；所述共晶溶剂为五元环酯和锂盐的二元共晶溶剂；或者，所述共晶溶剂为五元环酯、锂盐和丁二腈的三元共晶溶剂；
(2)在惰性气体氛围下，将隔膜浸渍在所述步骤(1)得到的混合溶液中后进行聚合反应，得到锂金属电池共晶固态电解质。
本发明在惰性气体氛围下，在惰性气体氛围下，将共晶溶剂、酯类单体和引发剂混合，得到混合溶液。
在本发明中，所述惰性气体氛围优选为氩气、氦气、或者氮气。本发明通过在惰性气体氛围下将各个原料进行混合，能够避免空气干扰。
在本发明的一个技术方案中，所述共晶溶剂为五元环酯和锂盐的二元共晶溶剂。在本发明的另一个技术方案中，所述共晶溶剂为五元环酯、锂盐和丁二腈的三元共晶溶剂。
在本发明中，所述五元环酯优选由含五元环结构且熔点低于100℃的单体经聚合得到。在本发明中，所述含五元环结构且熔点低于100℃的单体优选包括4-噻唑甲酸乙酯、5-溴-4-噻唑甲酸乙酯、4-噻唑甲酸甲酯、4-吡唑甲酸乙酯、4-恶唑甲酸乙酯、4-甲基噻唑-5-甲酸乙酯、噻唑-2-甲酸乙酯、4、嘧啶甲酸乙酯、吡咯-2-羧酸乙酯、2-呋喃甲酸乙酯、糠酸乙酯或3-甲基-2-呋喃甲酸乙酯。本发明通过选择上述单体，能够保证聚合而成的五元环酯具有稳定的五元环结构，从而保证制备而成的共晶固态电解质具有在电池中具有良好的稳定性，从而使组装而成的电池具有较高的电容量和循环稳定性。
在本发明中，所述锂盐优选包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、高氯酸锂、六氟磷酸锂和六氟砷酸锂中的一种或多种。本发明通过选择上述锂盐，能够保证锂盐中的锂离子具有良好的离子扩散速率，保证制备而成的共晶固态电解质具有较高的离子电导率。
在本发明中，所述二元共晶溶剂的制备方法优选包括：在惰性气体氛围下，将五元环酯和锂盐混合，得到二元共晶溶剂。
在本发明中，所述惰性气体氛围优选为氩气、氦气、或者氮气。
在本发明中，所述混合的操作优选为搅拌。本发明对所述搅拌的操作没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的搅拌操作将原料混合均匀即可。
在本发明中，所述混合的温度优选为30～100℃，更优选为50～80℃；所述混合的时间优选为0.1～5h，更优选为1～4h。本发明通过控制混合的温度和时间在上述范围内，能够保证混合更为均匀。
在本发明中，所述三元共晶溶剂的制备方法优选包括：在惰性气体氛围下，五元环酯、锂盐和丁二腈混合，得到三元共晶溶剂。
在本发明中，所述惰性气体氛围优选为氩气、氦气、或者氮气。
在本发明中，所述混合的操作优选为搅拌。本发明对所述搅拌的操作没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的搅拌操作将原料混合均匀即可。
在本发明中，所述混合的温度优选为30～100℃，更优选为50～80℃；所述混合的时间优选为0.1～5h，更优选为1～4h。本发明通过控制混合的温度和时间在上述范围内，能够保证混合更为均匀。
在本发明中，所述酯类单体优选包括丙烯酸酯或碳酸酯。本发明通过选择上述酯类单体能够聚合而成聚丙烯酸酯或聚碳酸酯，稳定性高，且可以减少共晶固态电解质的阻抗，更有利于共晶固态电解质具有较高的离子电导率并保证组装而成的电池具有较高的电容量和循环稳定性。
在本发明中，所述引发剂优选为偶氮二异丁腈。本发明通过选择上述种类的引发剂，能够保证原料中的酯类单体有序聚合。
在本发明中，当所述共晶溶剂为二元共晶溶剂时，所述五元环酯、锂盐、酯类单体和引发剂的质量之比优选为(1～5)：(0.1～10)：(0.1～10)：(0.0001～0.5)。在本发明中，当所述共晶溶剂为三元共晶溶剂时，五元环酯、锂盐、丁二腈、酯类单体和引发剂的质量之比优选为(0.1～10)：(0.1～20)：(0.1～10)：(0.1～10)：(0.0001～0.5)。本发明通过控制共晶溶剂、酯类单体和引发剂的质量之比在上述范围内，能够保证制备的共晶固态电解质具有较高的离子电导率，使其组装而成的电池具有较高的电容量和循环稳定性。
在本发明中，所述五元环酯、锂盐和/或丁二腈、酯类单体和引发剂的混合顺序优选为：先将五元环酯、锂盐和/或丁二腈混合，得到共晶溶剂；再将酯类单体和引发剂加入到共晶溶剂中进行混合，得到混合溶液。
在本发明中，所述混合的操作优选为搅拌。本发明对所述搅拌的具体操作没有特殊要求，能够保证各个原料混合均匀即可。
在本发明中，所述混合的温度优选为室温；所述混合的时间优选为5～60min，更优选为10～50min。本发明通过控制混合的温度和时间在上述范围内，能够保证各个原料混合更为均匀，更有利于聚合反应的有序进行。
得到混合溶液后，在惰性气体氛围下，本发明将隔膜浸渍在所述混合溶液中后进行聚合反应，得到锂金属电池共晶固态电解质。
在本发明中，所述惰性气体氛围优选为氩气、氦气、或者氮气。本发明通过在惰性气体氛围下将各个原料进行混合，能够避免空气干扰。
在本发明中，所述隔膜优选为玻璃纤维滤膜。本发明通过选择上述种类的隔膜，能够保证固态电解质中的锂离子具有较高的扩散速率，从而具有较高的离子电导率。
在本发明中，所述聚合反应的温度优选为50～100℃，更优选为60～90℃；所述聚合反应的时间优选为0.5～12h，更优选为1～10h。本发明通过控制聚合反应的温度在上述范围内，能够保证聚合反应具有适宜的反应速率，保证聚合反应有序进行。
本发明提供的制备方法制备的锂金属电池共晶固态电解质具有较高的离子电导率，且组装的锂离子二次电池具有较高的容量和循环稳定性。另外，本发明制备方法制备的固态电解质的原材料来源广泛、制备过程简单、成本低、绿色环保、适合规模化生产，可应用于锂金属二次电池中。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的锂金属电池共晶固态电解质。
在本发明中，锂金属电池共晶固态电解质具有较高的离子电导率，且组装的锂离子二次电池具有较高的容量和循环稳定性。
本发明还提供了上述技术方案所述的锂金属电池共晶固态电解质在锂离子二次电池中的应用。
本发明利用锂金属电池共晶固态电解质组装的锂离子二次电池具有较高的容量和循环稳定性，具有良好的应用前景。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种锂金属电池共晶固态电解质的制备方法，具体为以下步骤：
(1)在惰性气体氛围下，将共晶溶剂、酯类单体和引发剂混合，得到混合溶液；其中，所述共晶溶剂为五元环酯和锂盐的二元共晶溶剂；所述五元环酯、锂盐、酯类单体和引发剂的质量之比为1:0.1:0.1:0.0001；具体地：在惰性气体(氩气)氛围下，将1g五元环酯(经4-恶唑甲酸乙酯单体聚合得到)和0.1g锂盐(双三氟甲烷磺酰亚胺锂)加入到密封瓶中，在30℃下加热搅拌0.1h溶解形成二元共晶溶剂；再继续将0.1g酯类单体(甲基丙烯酸甲酯)和0.1mg引发剂(偶氮二异丁腈)加入到上述二元共晶溶剂里，搅拌5min至完全溶解。
(2)在惰性气体氛围下，将隔膜浸渍在所述步骤(1)得到的混合溶液中后进行聚合反应，得到锂金属电池共晶固态电解质；具体地，在惰性气体(氩气)氛围气氛下，将玻璃纤维滤膜浸渍到所述步骤(1)得到的混合溶液中，然后放置到加热台上加热至50℃聚合反应0.5h，得到锂金属电池(二元)共晶固态电解质。
实施例2
一种锂金属电池共晶固态电解质的制备方法，具体为以下步骤：
(1)在惰性气体氛围下，将共晶溶剂、酯类单体和引发剂混合，得到混合溶液；其中，所述共晶溶剂为五元环酯和锂盐的二元共晶溶剂；所述五元环酯、锂盐、酯类单体和引发剂的质量之比为3:5.05:5.05:0.128775；具体地：在惰性气体(氩气)氛围下，将3g五元环酯(经4-恶唑甲酸乙酯单体聚合得到)和5.05g锂盐(双三氟甲烷磺酰亚胺锂)加入到密封瓶中，在30℃下加热搅拌2.55h溶解形成二元共晶溶剂；再继续将5.05g酯类单体(甲基丙烯酸甲酯)和128.775mg引发剂(偶氮二异丁腈)加入到上述二元共晶溶剂里，搅拌32.5min至完全溶解。
(2)在惰性气体氛围下，将隔膜浸渍在所述步骤(1)得到的混合溶液中后进行聚合反应，得到锂金属电池共晶固态电解质；具体地，在惰性气体(氩气)氛围下，将玻璃纤维滤膜浸渍到所述步骤(1)得到的混合溶液中，然后放置到加热台上加热至75℃聚合反应6.25h，得到锂金属电池(二元)共晶固态电解质。
实施例3
一种锂金属电池共晶固态电解质的制备方法，具体为以下步骤：
(1)在惰性气体氛围下，将共晶溶剂、酯类单体和引发剂混合，得到混合溶液；其中，所述共晶溶剂为五元环酯和锂盐的二元共晶溶剂；所述五元环酯、锂盐、酯类单体和引发剂的质量之比为5:10:10:0.5；具体地：在惰性气体(氩气)氛围下，将5g五元环酯(经4-恶唑甲酸乙酯单体聚合得到)和10g锂盐(双三氟甲烷磺酰亚胺锂)加入到密封瓶中，在100℃下加热搅拌5h溶解形成二元共晶溶剂；再继续将10g酯类单体(甲基丙烯酸甲酯)和500mg引发剂(偶氮二异丁腈)加入到上述二元共晶溶剂里，搅拌60min至完全溶解。
(2)在惰性气体氛围下，将隔膜浸渍在所述步骤(1)得到的混合溶液中后进行聚合反应，得到锂金属电池共晶固态电解质；具体地，在惰性气体(氩气)氛围下，将玻璃纤维滤膜浸渍到所述步骤(1)得到的混合溶液中，然后放置到加热台上加热至100℃聚合反应12h，得到锂金属电池(二元)共晶固态电解质。
实施例4
一种锂金属电池共晶固态电解质的制备方法，具体为以下步骤：
(1)在惰性气体氛围下，将共晶溶剂、酯类单体和引发剂混合，得到混合溶液；其中，所述共晶溶剂五元环酯、锂盐、丁二腈的三元共晶溶剂；所述五元环酯、锂盐、丁二腈、酯类单体和引发剂的质量之比为1:0.1:0.11:0.1:0.0001；具体地：在惰性气体(氩气)氛围下，将1g五元环酯(经4-恶唑甲酸乙酯单体聚合得到)、0.1g锂盐(双三氟甲烷磺酰亚胺锂)和0.11g丁二腈加入到密封瓶中，在30℃下加热搅拌0.1h溶解形成三元共晶溶剂；再继续将0.1g酯类单体(甲基丙烯酸甲酯)和0.1mg引发剂(偶氮二异丁腈)加入到上述三元共晶溶剂里，搅拌5min至完全溶解。
(2)在惰性气体氛围下，将隔膜浸渍在所述步骤(1)得到的混合溶液中后进行聚合反应，得到锂金属电池共晶固态电解质；具体地，在惰性气体(氩气)氛围下，将玻璃纤维滤膜浸渍到所述步骤(1)得到的混合溶液中，然后放置到加热台上加热至50℃聚合反应0.5h，得到锂金属电池(三元)共晶固态电解质。
实施例5
一种锂金属电池共晶固态电解质的制备方法，具体为以下步骤：
(1)在惰性气体氛围下，将共晶溶剂、酯类单体和引发剂混合，得到混合溶液；其中，所述共晶溶剂五元环酯、锂盐、丁二腈的三元共晶溶剂；所述五元环酯、锂盐、丁二腈、酯类单体和引发剂的质量之比为1.5:5.05:1.5:5.05:0.128775；具体地：在惰性气体(氩气)氛围下，将1.5g五元环酯(经4-恶唑甲酸乙酯单体聚合得到)、5.05g锂盐(双三氟甲烷磺酰亚胺锂)和1.5g丁二腈加入到密封瓶中，在60℃下加热搅拌2.55h溶解形成三元共晶溶剂；再继续将5.05g酯类单体(甲基丙烯酸甲酯)和128.775mg引发剂(偶氮二异丁腈)加入到上述三元共晶溶剂里，搅拌32.5min至完全溶解。
(2)在惰性气体氛围下，将隔膜浸渍在所述步骤(1)得到的混合溶液中后进行聚合反应，得到锂金属电池共晶固态电解质；具体地，在惰性气体(氩气)氛围下，将玻璃纤维滤膜浸渍到所述步骤(1)得到的混合溶液中，然后放置到加热台上加热至75℃聚合反应6.25h，得到锂金属电池(三元)共晶固态电解质。
实施例6
一种锂金属电池共晶固态电解质的制备方法，具体为以下步骤：
(1)在惰性气体氛围下，将共晶溶剂、酯类单体和引发剂混合，得到混合溶液；其中，所述共晶溶剂五元环酯、锂盐、丁二腈的三元共晶溶剂；所述五元环酯、锂盐、丁二腈、酯类单体和引发剂的质量之比为0.5:10:4.5:10:0.5；具体地：在惰性气体(氩气)氛围下，将0.5g五元环酯(经4-恶唑甲酸乙酯单体聚合得到)、10g锂盐(双三氟甲烷磺酰亚胺锂)和4.5g丁二腈加入到密封瓶中，在100℃下加热搅拌5h溶解形成三元共晶溶剂；再继续将10g酯类单体(甲基丙烯酸甲酯)和500mg引发剂(偶氮二异丁腈)加入到上述三元共晶溶剂里，搅拌60min至完全溶解。
(2)在惰性气体氛围下，将隔膜浸渍在所述步骤(1)得到的混合溶液中后进行聚合反应，得到锂金属电池共晶固态电解质；具体地，在惰性气体(氩气)氛围下，将玻璃纤维滤膜浸渍到所述步骤(1)得到的混合溶液中，然后放置到加热台上加热至100℃聚合反应12h，得到锂金属电池(三元)共晶固态电解质。
应用例1～6
分别将实施例1～6制备的锂金属电池共晶固态电解质用于组装全电池，具体操作如下：
组装全电池是以金属锂片作为负极，以镍钴锰酸锂(NCM811)作为正极，分别以实施例1～6制备的锂金属电池共晶固态电解质作为固态电解质，组装成六个CR2032型扣式电池。
将组装好的扣式电池放置到25℃恒温箱中，在充放电测试仪上恒流测试其电化学性能功能。测试电流密度为0.5C，对应的NCM811的理论容量是200mAh·g-1，电压窗口是2.5～4.8V。
性能测试：
对本发明实施例1制备的锂金属电池(二元)共晶固态电解质进行离子电导率测试，得到的阻抗谱图如图1所示。由图1可以看出，实施例1制备的锂金属电池(二元)共晶固态电解质的离子电导率在室温下为0.265mS·cm-1。
对本发明实施例5制备的锂金属电池(三元)共晶固态电解质进行离子电导率检测，得到的阻抗谱图如图2所示。由图2可以看出，实施例5制备的锂金属电池(三元)共晶固态电解质的离子电导率在室温下0.467mS·cm-1。
对本发明应用例5制备的扣式电池进行充放电性能测试，得到的LSV谱图如图3所示。由图3可以看出，应用例5制备的扣式电池的稳定电压窗口为4.95V，可以保证其在高压正极材料下循环。
对本发明应用例5制备的扣式电池进行五圈充放电测试，测试得到的第五圈充放电曲线如图4所示。由图4可以看出，应用例5制备的扣式电池是在4.3V电压下工作的。
对本发明应用例5制备的扣式电池进行全电池循环测试，测试得到的全电池循环曲线如图5所示。由图5可以看出，以镍钴锰三元材料(NCM811)为正极材料，在0.5C下循环，应用例5制备的扣式电池具有较好的循环稳定性，在第20圈时其容量为164.2mAh·g-1。
综上可知，本发明提供的制备方法制备的锂金属电池共晶固态电解质具有较高的离子电导率，且组装的锂离子二次电池具有较高的容量和循环稳定性。另外，本发明制备方法制备的固态电解质的原材料来源广泛、制备过程简单、成本低、绿色环保、适合规模化生产，可应用于锂金属二次电池中。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种锂金属电池共晶固态电解质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在惰性气体氛围下，将共晶溶剂、酯类单体和引发剂混合，得到混合溶液；所述共晶溶剂为五元环酯和锂盐的二元共晶溶剂；或者，所述共晶溶剂为五元环酯、锂盐和丁二腈的三元共晶溶剂；
(2)在惰性气体氛围下，将隔膜浸渍在所述步骤(1)得到的混合溶液中后进行聚合反应，得到锂金属电池共晶固态电解质。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，当所述步骤(1)中的共晶溶剂为二元共晶溶剂时，所述五元环酯、锂盐、酯类单体和引发剂的质量之比为(1～5)：(0.1～10)：(0.1～10)：(0.0001～0.5)；当所述步骤(1)中的共晶溶剂为三元共晶溶剂时，五元环酯、锂盐、丁二腈、酯类单体和引发剂的质量之比为(0.1～10)：(0.1～20)：(0.1～10)：(0.1～10)：(0.0001～0.5)。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中混合的温度为室温，混合的时间为5～60min。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中五元环酯由含五元环结构且熔点低于100℃的单体经聚合得到。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的锂盐包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、高氯酸锂、六氟磷酸锂和六氟砷酸锂中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的酯类单体包括丙烯酸酯或碳酸酯。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的引发剂为偶氮二异丁腈。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中聚合反应的温度为50～100℃，聚合反应的时间为0.5～12h。
9.如权利要求1～8任意一项所述的制备方法制备得到的锂金属电池共晶固态电解质。
10.如权利要求9所述的锂金属电池共晶固态电解质在锂离子二次电池中的应用。
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