PEO基凝胶聚合物电解质膜及其制备方法与锂离子电池技术

本发明专利技术涉及一种PEO基凝胶聚合物电解质膜的制备方法，该制备方法包括如下步骤：(a)制备PEO基凝胶聚合物薄膜；(b)制备PEO基凝胶聚合物电解质膜。本发明专利技术还涉及该PEO基凝胶聚合物电解质膜组装而成的锂离子电池。本发明专利技术通过造孔剂在PEO上造孔，能有效地提高凝胶聚合物电解质膜的电导率，将该凝胶聚合物电解质膜组装成锂离子电池后，锂离子电池的比容量也得以提高。此外，本发明专利技术制备的PEO基凝胶聚合物电解质膜和目前商品化的有机液体电解质相比具有较好的稳定性和安全性。

PEO based gel polymer electrolyte membrane, preparation method thereof and lithium ion battery

The invention relates to a preparation method of a PEO based gel polymer electrolyte membrane. The preparation method comprises the following steps: (a) preparing PEO based gel polymer film; (b) preparing PEO based gel polymer electrolyte membrane. The invention also relates to a lithium ion battery assembled by the PEO based gel polymer electrolyte membrane. The present invention through the pore pore in PEO, can effectively improve the conductivity of gel polymer electrolyte membrane, the gel polymer electrolyte membrane assembly of lithium ion battery, lithium ion battery capacity is also improved. In addition, the PEO based gel polymer electrolyte membrane prepared by the invention has better stability and safety compared with the commercial organic liquid electrolyte at present.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电化学领域，尤其涉及PEO（聚氧化乙烯）基凝胶聚合物电解质膜及其制备方法。本专利技术还涉及采用该PEO基凝胶聚合物电解质膜所制备的锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池由于具有体积小、重量轻、高容量、无记忆效应等优点，因而被广泛应用于手机、移动电话、军事以及电动汽车等领域。锂离子电池电解液分为有机液体电解液和聚合物电解质。目前广泛使用的液体电解质的优点是电导率高，但是由于含有易燃、易挥发的有机溶剂，其在充放电过程中释放出可燃气体，特别是在某些非常规工作条件下（如大功率充放电、过充过放等）产生大量热会加速气体的产生，导致电池内压增高，气体泄漏，甚至至起火爆炸，因而存在严重的安全隐患。聚合物电解质锂离子电池因具有安全、无泄漏、漏电流小、可任意形状化等优点而被研究者所重视。固态聚合物电解质室温下电导率较低（10-5~10-4s/cm），使用应用受到限制，因而凝胶聚合物电解质（也称凝胶聚合物电解质膜）成为研究重点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术存在的问题和不足，提供一种PEO基凝胶聚合物电解质膜及其制备方法与采用该PEO基凝胶聚合物电解质膜组装而成的锂离子电池。本专利技术针对上述技术问题而提出的技术方案为：一种PEO基凝胶聚合物电解质膜的制备方法，包括如下步骤。(a)制备PEO基凝胶聚合物薄膜：在惰性气体保护下，将PEO、有机溶剂和造孔剂按质量比10：30~50：1~2搅拌，混合均匀得粘液，浇注于隔膜上流延成膜，真空干燥后得所述PEO基凝胶聚合物薄膜；(b)制备PEO基凝胶聚合物电解质膜：将干燥好的所述PEO基凝胶聚合物薄膜在惰性气体保护下浸入到锂盐电解液中10~60min，然后取出得到PEO基凝胶聚合物电解质膜。在所述步骤（a）中，所述有机溶剂为氯仿、乙腈或二氯甲烷；所述造孔剂为碳酸铵、碳酸氢铵或尿素；所述搅拌时间为3~8小时；所述隔膜是聚丙烯无纺布隔膜；所述真空干燥温度为90~120℃、时间为24~48h。在所述步骤（b）中，所述的锂盐电解液的浓度为0.5~1.5mol/l，所述锂盐电解液的溶质为六氟磷酸锂、溶剂为碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯，其中，碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯的体积比为1:1~2。本专利技术还包括利用上述制备方法制得的PEO基凝胶聚合物电解质膜。上述PEO基凝胶聚合物电解质膜可组装成锂离子电池，该锂离子电池包括正电极、负电极、以及所述正负电极之间的电解质膜，所述正电极包括集流体以及涂敷在该集流体上浆料，所述的电解质膜为上述的PEO基凝胶聚合物电解质膜，所述浆料由磷酸铁锂、乙炔黑、聚偏氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮按质量比9:0.45:0.45:20搅拌混合而成。本专利技术通过造孔剂碳酸铵、碳酸氢铵或尿素在90～120℃的干燥过程中分解产生二氧化碳、氨气等气体，这些气体在PEO中起到造孔的作用而形成多孔结构的凝胶型聚合物电解质膜，这种多孔结构的凝胶型聚合物电解质膜更有利于吸附电解液，从而提高电导率。凝胶型聚合物电解质膜的导电机理既有聚合物链段运动对锂离子的传递作用，又有锂离子在增塑剂提供的液态微相中的迁移。本专利技术所制备的PEO基凝胶聚合物电解质膜的优点在于：1、本专利技术通过造孔剂在PEO上造孔，能有效地提高凝胶聚合物电解质膜的电导率，将该凝胶聚合物电解质膜组装成锂离子电池后，锂离子电池的比容量也得以提高。2、本专利技术制备的PEO基凝胶聚合物电解质膜和目前商品化的有机液体电解质（易燃、易挥发、热稳定性不好等）相比具有较好的稳定性和安全性。具体实施方式以下结合实施例，对本专利技术予以进一步地详尽阐述。以下实施例是用于说明本专利技术，以指导本领域技术人员实现本专利技术，本实施例不以任何方式限制本专利技术。本专利技术制备PEO基凝胶聚合物电解质膜（以下简称凝胶聚合物电解质膜）的制备过程大致分为以下两个步骤。（a）制备PEO基凝胶聚合物薄膜：在烧瓶中按质量比10：30~50：1~2分别加入PEO、有机溶剂和造孔剂，并在惰性气体保护下搅拌3-8h使其混合均匀得到粘稠的液体。然后，将获得浇注于PP（聚丙烯）无纺布隔膜上流延成膜，并在90-120℃下真空度为0.01MPa真空干燥24-48h。在90-120℃的干燥过程中，造孔剂分解产生二氧化碳、氨气等气体起到造孔的作用，从而得到所述PEO基凝胶聚合物薄膜。（b）制备PEO基凝胶聚合物电解质膜：将干燥好的所述PEO基凝胶聚合物薄膜放入到充满氩气的手套箱中，并将其浸入到锂盐电解液中10~60min，然后取出得到PEO基凝胶聚合物电解质膜。在所述步骤（a）中，所述有机溶剂为氯仿、乙腈或二氯甲烷;所述造孔剂为碳酸铵、碳酸氢铵或尿素。在所述步骤（b）中，所述的锂盐电解液的浓度为0.5~1.5mol/l，所述锂盐电解液中，溶质为六氟磷酸锂(LiPF6)，溶剂为碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)，也可简写为LiPF6/EC+DMC（下同），其中，EC+DMC表示碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)混合溶剂，体积比均为1:1~2，也可简写为EC:DMC的体积比1:1~2，下同。本专利技术还包括利用上述制备方法制得PEO基凝胶聚合物电解质膜。上述PEO基凝胶聚合物电解质膜可组装成锂离子电池，该锂离子电池包括正电极、负电极、以及所述正负电极之间的电解质膜，所述正电极包括集流体以及涂敷在该集流体上浆料，所述的电解质膜为上述的PEO基凝胶聚合物电解质膜。所述浆料由磷酸铁锂、乙炔黑、聚偏氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮按质量比9:0.45:0.45:20搅拌混合均匀而成。所述锂离子电池的制备方法为：按质量比9:0.45:0.45:20取磷酸铁锂、乙炔黑、聚偏氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮充分搅拌使之成为混合均匀的浆料。然后将其刮涂于经乙醇清洗过的铝箔上，在0.01MPa的真空下80°C干燥至恒重，并于10~15MPa压力下辊压制成磷酸铁锂电极，并切成正电极片（也即所述正电极，下同）。锂片为负电极。将本专利技术所述的PEO基凝胶聚合物电解质膜置于所述正、负电极之间，在冲压机上封口制成扣式锂离子电池。以下以实施例1~4对本专利技术的PEO基凝胶聚合物电解质膜以及应用此凝胶聚合物电解质膜组装成锂离子电池的制备方法进行具体说明。实施例1本专利技术实施例1中凝胶聚合物电解质膜的制备方法包括如下步骤。（a）制备PEO基凝胶聚合物薄膜：在烧瓶中分别加入10gPEO、40g氯仿和1.5g碳酸铵，并在惰性气体保护下搅拌6h使其混合均匀得到粘稠的液体。然后，将获得粘液浇注于聚丙烯无纺布隔膜上流延成膜，并在100℃下真空度为0.01MPa真空干燥30h，从而得到所述PEO基凝胶聚合物薄膜。（b）制备PEO基凝胶聚合物电解质膜：将步骤（a）制备好的PEO基凝胶聚合物薄膜转移至充满氩气的手套箱中，并将其浸入1.2mol/L的LiPF6/EC+DMC（EC:DMC的体积比1:1）中30min。将其取出即得到PEO基凝胶聚合物电解质膜。将上述制得的PEO基凝胶聚合物电解质膜组装成锂离子电池的制备方法为：称取9.0g磷酸铁锂、0.45g本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PEO基凝胶聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(a) 制备PEO基凝胶聚合物薄膜：在惰性气体保护下，将PEO、有机溶剂和造孔剂按质量比10：30~50：1~2搅拌，混合均匀得粘液，浇注于隔膜上流延成膜，真空干燥后得所述PEO基凝胶聚合物薄膜； (b) 制备PEO基凝胶聚合物电解质膜：将干燥好的所述PEO基凝胶聚合物薄膜在惰性气体保护下浸入到锂盐电解液中10~60min，然后取出得到PEO基凝胶聚合物电解质膜。

【技术特征摘要】
1.一种PEO基凝胶聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)制备PEO基凝胶聚合物薄膜：在惰性气体保护下，将PEO、有机溶剂和造孔剂按质量比10：30~50：1~2搅拌，混合均匀得粘液，浇注于隔膜上流延成膜，真空干燥后得所述PEO基凝胶聚合物薄膜；
(b)制备PEO基凝胶聚合物电解质膜：将干燥好的所述PEO基凝胶聚合物薄膜在惰性气体保护下浸入到锂盐电解液中10~60min，然后取出得到PEO基凝胶聚合物电解质膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤（a）中，所述有机溶剂为氯仿、二氯甲烷或乙腈。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤（a）中，所述造孔剂为碳酸铵、碳酸氢铵或尿素。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤（a）中，所述搅拌时间为3~8小时。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤（a）中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明杰，刘大喜，王要兵，钟辉，
申请(专利权)人：海洋王照明科技股份有限公司，深圳市海洋王照明技术有限公司，深圳市海洋王照明工程有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44