凝胶态聚合物锂离子电池的制备方法技术

本发明专利技术涉及凝胶锂离子电池的制备技术，旨在提供一种凝胶态聚合物锂离子电池的制备方法。包括：将单水葡萄糖、三聚氰胺、偏硼酸和NaCl‑KCl共晶盐球磨混合后，在氮气氛下经三次升温加热后冷至室温；用去离子水清洗掉盐分，真空干燥；将得到的石墨烯担载纳米硼与乙炔黑、Nafion‑PEO共混树脂溶液混合研磨，调制成膏状后涂敷到泡沫镍中；阴干后压制成型，得到负极；按正极、隔膜、负极的顺序排列、压制成型后，在氮气氛下热处理得到膜电极，在电解液中浸渍2小时得到电芯；以该电芯组装扣式凝胶态聚合物锂离子电池。本发明专利技术不存在游离态电解液，能显著提高锂离子电池的安全性，有利于电极结构的稳定，有利于大电流放电，为电动汽车提供安全可靠的高能动力电池。

Method for preparing gel polymer lithium ion battery

The invention relates to the preparation technique of a gel lithium ion battery, in order to provide a preparation method of a gelled polymer lithium ion battery. Including: single water glucose, melamine, borate and NaCl KCl eutectic salt milling after mixing under nitrogen by three times heating after cooling to room temperature; with deionized water to remove salt and vacuum drying; the obtained graphene supported nano boron with acetylene black and Nafion PEO blend resin solution mixing and grinding, modulation into a paste applied to nickel foam; dried pressing, to obtain the anode cathode, anode and diaphragm; according to the order, pressing after heat treatment in nitrogen atmosphere under the membrane electrode, dipping 2 hours to get the electric core in the electrolyte; buckle type gel polymer lithium ion battery with the electric core assembly. The invention does not exist in the free state of electrolyte, can significantly improve the safety of lithium ion battery, electrode structure is conducive to stability, conducive to the large current discharge, to provide safe and reliable high-energy power battery for electric vehicle.

【技术实现步骤摘要】
凝胶态聚合物锂离子电池的制备方法
本专利技术涉及一种凝胶锂离子电池的制备方法，更具体地说，本专利技术涉及凝胶态聚合物锂离子电池的制备方法。
技术介绍
锂离子电池具有重量轻、容量大、无记忆效应等优点，因而得到了普遍应用。现在的许多数码设备都采用了锂离子电池作电源。锂离子电池的能量密度很高，它的容量是同重量的镍氢电池的1.5～2倍，而且具有很低的自放电率、不含有毒物质等优点是它广泛应用的重要原因。迄今为止，大多数商业化的锂离子电池都使用有机电解质溶液作为离子传导层。使用有机电解质溶液，可以达到较高的离子电导率，使得器件具有良好的性能。但是，有机电解质溶液存在溶剂易渗漏、难封装的缺点，使用有机电解溶液的产品，必须使用坚固的金属外壳，因此型号尺寸固定缺乏灵活性。电解质渗漏不仅会造成器件失效，有机溶剂本身的易燃性也会造成燃烧、爆炸等安全事故。而安全性无疑是产品的首要指标，对电池的安全措施必须十分完善。此外，当前的移动电子设备对储能器件的小型化、轻薄化也提出了越来越高的要求。安全、无泄漏、低污染的薄膜型储能器件，特别是薄膜锂离子电池引起了广泛的重视。凝胶电解质具有良好的弹性和良好的机械加工性能，可制成很薄的膜，为储能器件的薄膜化发展提供了有利条件。1973年，Wright等首次发现了聚氧化乙烯(PEO)与碱金属盐络合具有离子导电子的现象，使固体电解质的研究进入一个新的阶段，但固体电解质的室温电导率与实际应用要求相距较远。为了克服这一问题，Feuillade等在1975年首先提出了凝胶电解质，后来由Abraham等作了深入研究.聚合物凝胶通常被定义为一个被溶剂溶胀的聚合物网络体系，其独特的网络结构使凝胶同时具有固体的粘聚性和液体的分散传导性。1995年美国Bellcore公司公开了一种新型凝胶聚合物电解质用于发展聚合物锂离子电池的技术。自此，对聚合物锂离子电池用凝胶电解质的研究方兴未艾.聚合物锂离子电池是在液态锂离子电池的基础上开发出的最新一代锂离子电池，其构成是采用具有离子导电性并兼具隔膜作用的聚合物电解质代替液态锂离子电池中的电解液，凝胶电解质是由聚合物、增塑剂和锂盐通过一定的方法形成的具有合适微孔结构的凝胶聚合物网络，利用固定在微结构中的液态电解质分子实现离子传导。从1975年凝胶聚合物电解质(GPE)首次报道以来，有多种体系的凝胶聚合物电解质得到了开发与研究.研究较多、性能较好的有以下几种类型聚合物：聚氧化乙烯(PEO)系、聚丙烯腈(PAN)系、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)系和聚偏氟乙烯(PVDF)系等。还有聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PFG)等凝胶电解质体系。作为凝胶态聚合物锂离子电池的负极材料必须是具备以下要求：(1)锂贮存量高；(2)锂在负极材料中的嵌入、脱嵌反应快，即锂离子在固相中的扩散系数大，在电极－电解液界面的移动阻抗小；(3)锂离子在电极材料中的存在状态稳定；(4)在电池的充放电循环中，负极材料体积变化小；(5)电子导电性高；(6)负极材料与凝胶态聚合物电解质亲和性好。硼能够可逆嵌锂，硼的理论嵌锂容量高达3100mAh/g，是石墨的8.34倍，是一种高容量锂离子电池负极材料。钛酸锂Li4Ti5O12是一种由金属锂和低电位过渡金属钛的复合氧化物，属于AB2X4系列，可被描述成尖晶石固溶体。钛酸锂的尖晶石型结构空间点群为Fd3m空间群，晶胞参数a为0.836nm，为不导电的白色晶体，在空气中可以稳定存在。结构类似于反尖晶石：在一个晶胞中，32个氧负离子O2-按立方密堆积排列，占总数3/4的锂离子Li+被四个氧离子紧邻作正四面体配体嵌入空隙，其余的锂离子和所有钛离子Ti4+(原子数目1:5)被六个氧离子紧邻作正八面体配体嵌入空隙，Li4Ti5O12稳定致密的结构可以为有限的锂离子提供进出的通道。Li4Ti5O12最大的特点就是其“零应变性”。所谓“零应变性”是指其晶体在嵌入或脱出锂离子时晶格常数和体积变化都很小，小于1％。在充放电循环中，这种“零应变性”能够避免由于电极材料的来回伸缩而导致结构的破坏，从而提高电极的循环性能和使用寿命，减少循环带来的比容量衰减，具有非常好的耐过充、过放特征。钛酸锂材料理论比容量为175mAh/g，具有循环寿命长，高稳定性能；放电平台可达1.55V，且平台非常平坦。缺点是导电性差，大电流放电极化比较严重，因而高倍率下性能不佳。专利技术內容本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种凝胶态聚合物锂离子电池的制备方法。为解决技术问题，本专利技术的具体方案为：提供一种用于凝胶态聚合物锂离子电池的正极材料的制备方法，该正极材料是石墨烯担载纳米Li4Ti5O12，其制备包括以下步骤：(1)在300毫升乙醇中依次加入30克柠檬酸以及34克的钛酸四丁酯，超声分散40分钟，形成A溶液；(2)将50克柠檬酸加至60毫升乙醇中，再向其中加入30毫升去离子水和5.28克的乙酸锂形成B溶液；(3)将A溶液在30℃恒温磁力搅拌30分钟后，将B溶液逐滴加入到A溶液中，得到溶胶；(4)向步骤(3)所得溶胶中添加10克柠檬酸使溶胶的pH值为1.2，持续搅拌1小时，得到前驱体溶胶；(5)向前驱体溶胶中加入40g单水葡萄糖、20g三聚氰胺和300gNaCl-KCl共晶盐，搅拌成糊状，制得石墨烯担载纳米Li4Ti5O12的前驱体；(6)将得到的前驱体在氮气氛下升温至110℃加热2小时后，抽真空后升温至440℃保温8小时，升温至800℃加热2小时，三次升温速度均为10℃/min；然后冷却至室温，得到含盐石墨烯担载纳米Li4Ti5O12；(7)将含盐石墨烯担载纳米Li4Ti5O12用去离子水清洗掉盐分，真空干燥后，得到石墨烯担载纳米Li4Ti5O12。本专利技术进一步提供了利用石墨烯担载纳米Li4Ti5O12制备凝胶态聚合物锂离子电池的正极的方法，包括步骤：(1)按质量比80∶10∶100取石墨烯担载纳米Li4Ti5O12、乙炔黑、Nafion-PEO共混树脂溶液(Nafion为全氟磺酸树脂，所述PEO为聚氧化乙烯树脂)；(2)将石墨烯担载纳米Li4Ti5O12、乙炔黑、Nafion-PEO共混树脂溶液混合、研磨，调制成膏状后涂敷到泡沫镍中；阴干后在100Kg/cm2的压力下压制成型，得到正极。本专利技术还提供了利用所述正极制备凝胶态聚合物锂离子电池的方法，包括下述步骤：(1)在球磨罐中按质量比4∶2∶1∶300加入单水葡萄糖、三聚氰胺、偏硼酸和NaCl-KCl共晶盐，以转速700rpm球磨混合2小时，制得石墨烯担载纳米硼的前驱体；(2)将得到的前驱体在氮气氛下升温至110℃加热2小时后，抽真空后升温至440℃保温8小时后，升温至900℃加热2小时，三次升温速度为10℃/min；然后冷却至室温，得到含盐石墨烯担载纳米硼；(3)将含盐石墨烯担载纳米硼用去离子水清洗掉盐分，真空干燥后，得到石墨烯担载纳米硼；(4)按质量比80∶10∶100取石墨烯担载纳米硼、乙炔黑、Nafion-PEO共混树脂溶液，混合研磨，调制成膏状后涂敷到市贩的泡沫镍中；阴干后在100Kg/cm2的压力下压制成型，得到负极；(5)按正极、隔膜、负极的顺序排列，在100Kg/cm2压力下压制成型后，在氮气氛和140℃热处理2小时得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于凝胶态聚合物锂离子电池的正极材料的制备方法，其特征在于，该正极材料是石墨烯担载纳米Li

【技术特征摘要】
1.用于凝胶态聚合物锂离子电池的正极材料的制备方法，其特征在于，该正极材料是石墨烯担载纳米Li4Ti5O12，其制备包括以下步骤：(1)在300毫升乙醇中依次加入30克柠檬酸以及34克的钛酸四丁酯，超声分散40分钟，形成A溶液；(2)将50克柠檬酸加至60毫升乙醇中，再向其中加入30毫升去离子水和5.28克的乙酸锂形成B溶液；(3)将A溶液在30℃恒温磁力搅拌30分钟后，将B溶液逐滴加入到A溶液中，得到溶胶；(4)向步骤(3)所得溶胶中添加10克柠檬酸使溶胶的pH值为1.2，持续搅拌1小时，得到前驱体溶胶；(5)向前驱体溶胶中加入40g单水葡萄糖、20g三聚氰胺和300gNaCl-KCl共晶盐，搅拌成糊状，制得石墨烯担载纳米Li4Ti5O12的前驱体；(6)将得到的前驱体在氮气氛下升温至110℃加热2小时后，抽真空后升温至440℃保温8小时，升温至800℃加热2小时，三次升温速度均为10℃/min；然后冷却至室温，得到含盐石墨烯担载纳米Li4Ti5O12；(7)将含盐石墨烯担载纳米Li4Ti5O12用去离子水清洗掉盐分，真空干燥后，得到石墨烯担载纳米Li4Ti5O12。2.利用权利要求1所述方法得到的石墨烯担载纳米Li4Ti5O12制备凝胶态聚合物锂离子电池的正极的方法，其特征在于，包括步骤：(1)按质量比80∶10∶100取石墨烯担载纳米Li4Ti5O12、乙炔黑、Nafion-PEO共混树脂溶液；(2)将石墨烯担载纳米Li4Ti5O12、乙炔黑、Nafion-PEO共混树脂溶液混合、研磨，调制成膏状后涂敷到泡沫镍中；阴干后在100Kg/cm2的压力下压制成型，得到正极。3.利用权利要求3所述方法得到的正极制备凝胶态聚合物锂离子电池的方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)在球磨罐中按质量比4∶2∶1∶300加入单水葡萄糖、三聚氰胺、偏硼酸和NaCl-KCl共晶盐，以转速700rpm球磨混合2小时，制得石墨烯担载纳米硼的前驱体；(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李睿，刘宾虹，李洲鹏，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33